单边膨胀矢量喷管气动和红外特性研究

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1、航空学报ActaAeronauticaetAstrOnauticaSinicaAug252012V01．33No．81406—1416ISSN1000—6893ON11—1929／Vhttp：Hhkxbbuaaedu．cahkxb@buaaeducn文章编号：1000—6893(2012)08—140611单边膨胀矢量喷管气动和红外特性研究张少丽1，单勇1’”，张靖周1，张勇21．南京航空航天大学能源与动力学院，江苏南京2100162．中航工业成都飞机设计研究所，四川成都61004l摘要：在实验数据验证的基础上，通过计算流体力学

2、／红外辐射(CFD／IR)综合的方法，对不同落压比、不同几何矢量角下的单边膨胀喷管(SERN)进行分析。研究结果表明：喷管无几何矢量动作下，低落压比下的单膨胀边上过度膨胀是造成喷管推力性能急剧下降的原因；喷管在负矢量角下，过度膨胀加剧，推力性能降低；随着喷管几何矢量角绝对值的增加，矢量推力增加，但推力系数减小，喷管几何欠量角在±25。、喷管落压比在3～6的研究范围内，喷管推力系数最低为0．88左右，最高达0．98；喷管几何矢量角为5。时，喷流红外辐射强度最大，喷管矢量角偏离5。的程度越大，尾焰红外辐射强度越低，但是空间分布规律不

3、变。随着喷管几何矢量角的改变，喷管整体红外辐射强度的空间分布规律发生改变，几何矢量角为负时，辐射强度值大的探测角度向下方移动，几何矢量角为正时，喷管整体红外辐射较强的位置分布在上方，由单膨胀边高温壁面以及喷管内腔的可视面积决定。关键词：单边膨胀矢量喷管；计算流体力学；数值模拟；气动性能；红外辐射中图分类号：V231文献标识码：A超声速巡航、超机动和隐身性是第四代战斗机必须具备的性能。为第四代战斗机提供动力的航空发动机的先进性不仅体现在高推重比，而且要具备红外隐身能力和矢量推力。红外隐身技术的发展是提高战斗机生存能力的关键，矢量推

4、力的控制与发展为战斗机提供卓越的超机动飞行能力。与这两项技术发展最密不可分的关键部件就是发动机排气喷管口]。目前，中国现役发动机普遍采用轴对称收扩喷管。它的红外辐射一部分来自排气系统的热空腔，另一部分则来自流经喷管排出的热尾喷流。热喷流的温度在采用内外涵强化混合技术后可以降低到一定程度。排气系统内腔体由于直接与高温热排气直接接触，不易降低其表面温度，故其红外辐射强瞳]。随着发动机涵道比的减小，用于掺混发动机热排气和冷却喷管热壁面的外涵冷气量大大减少，这更加削弱了轴对称发动机喷管的红外隐身能力。轴对称喷管可设计在周向360。范围内

5、作20。的矢量调节，但与之相应的调节结构不仅增加了系统的复杂度，而且还增加了喷管的总体重量。因此，需要一种新型喷管适应第四代战斗机的需求。排气系统与飞机后机身融合的单边膨胀喷管(SERN)不仅满足超声速巡航等要求口。5J，同时它具备低红外辐射和提供矢量推力满足机动性能的潜力。单边膨胀喷管特殊的几何外形(较民的膨胀边)用于遮挡某些重要方位的高温喷口和热喷流红外辐射，弯曲的喷管内流通道降低喷管内部高温部件的红外辐射，单膨胀边在一定范围内的收稿日期：2011—10—18；退修日期：2011．12—02；录用日期：2012—02．20；

6、网络出版时间：2012—03—0511：07网络出版地址：WWWcnki．net／kcms／detail／111929V．201203051107003．html基金项目：航空科学基金(2010ZB52019)；南京航空航天大学基本科研业务费专项科研项目(NZ2012109)*通讯作者．Tel：025—84892200—2605E．mail：nuaas)_，@nuaaeduca勖用梧武：ZhangSL，ShanY．ZhangJZ．etalResearchontheaerodynamicandinfraredradiationch

7、aracteristicsofsingleexpansionrampvectornozzle．ActaAeronauticaetAstronauticaSinica，2012，33(8)：1406—1416．张少丽．单勇，张靖周，等单边黪胀矢量喷管气动和红外特性研究．航空学报，2012，33(8)：1406-1416．张少丽等：啦边膨胀矢量喷管气动和红外特性研究转动不仅可以调常喷管截面大小以适应发动机状态的变化，而且可以提供矢最推力。这种方式的矢量调节相对于轴对称喷管不仅结构复杂度降低，而且重量减小。国内外学者对单边膨胀喷管已经

8、开展r一些实验和数值模拟方面的研究。在喷管与机身一体化⋯、气动性能优化∽⋯、喷管工作在非没计点时的射流控制他⋯j、喷管结构参数对气动性能影H向一⋯L等方嘶有所进展。杨承宇等一∽一研究了S弯通道单边膨胀喷管膨胀边开缝、膨胀边倾斜角度和收敛通道而积比对单边膨胀喷管气