基于高温燃气引射的引射器设计与实验研究

结合气体热力学理论和等压引射器设计理论方法,提出了高温燃气热力学参数计算方法,研制了基于高温燃气引射的超声速引射器试验平台。通过引射器与燃气发生器的对接实验,研究了零引射和被引射气流引射两种状态下的工作性能以及引射气流温度变化对工作性能的影响。实验结果表明:被引射气流流量360 g/s时,入口总压达到3.89 kPa,优于设计指标4 kPa;引射气流温度在低于设计值100 K范围内的变化对引射器的工作性能不会造成影响。实验验证了基于高温燃气引射的超声速引射器性能计算分析与工程设计方法的可靠性,相关研究结果为燃气发生器参数优化提供了指导性建议。     

非轴对称波瓣喷管引射器的特性实验研究

波瓣喷管引射器具有高效的引射掺混特性。非轴对称波瓣喷管引射器的引射特性与轴对称波瓣喷管引射器有所不同。本文对六波瓣的非轴对称喷管引射器进行了一系列的实验，研究了该引射器的引射流量比与主流温度的关系，混合管动量修正系数及其工作特性曲线。最后通过分析得出了与实验数据基本符合的理论工作特性关系式     

圆排波瓣圆柱混合管的气动特性实验研究

建立了实验装置,对圆排波瓣喷管与８只圆柱混合管相配合,进行了冷热态实验。得出了它们引射混合的引射流量比随主次流温度比、混合管截面比、次流进口截面比的变化关系曲线。另外,还对不同温度下修正流量比的温度指数进行了研究,得出圆排波瓣圆柱混合管引射混合器的修正流量比温度指数ｎ＝０．４。     

脉冲爆震发动机喷管实验研究

在直管脉冲爆震发动机上安装不同类型的喷管,利用推力传感器测量了不同频率下发动机的瞬态推力和平均推力.结果表明:台架对瞬态推力的测量结果具有明显影响,推力峰值明显落后于推力壁压力峰值,而且随频率的变化推力峰值的大小发生明显的变化;发动机平均推力随频率的增加呈非线性递增,与没有喷管的发动机平均推力相比,收敛引射组合喷管增推比最高,其次是收敛喷管,扩张喷管在较低的工作频率下能够增推,但是在较高的频率下扩张喷管会产生较明显的负推力.收敛喷管在高频工作时增推比有所下降.引射喷管位于发动机出口截面下游-0.3~1倍发动机出口直径的范围内具有较高的增推效果.     

风洞引射器试验研究

本文简要地叙述了ＣＡＲＤＣ近期结合新型跨声速风洞对引射器进行试验研究的情况。研究表明：当采用中压气源（２５×１０５Ｐａ）为动力源时，设计合理的多喷嘴引射器在获得跨声速风洞（Ｍ＝０．４５～１．２）需要的增压比前提下，消耗的中压气源空气流量较目前国内常用的二元引射器成倍下降，引射后混合气体流量与消耗的气源气体流量之比可达３～６；气流噪声随喷嘴个数增加而下降；大型风洞的多喷嘴引射器喷嘴个数≥１６是有利的。     

降低引射喷管噪声的实验研究

本文介绍一种以多孔喷管代替普通的收缩喷管或收-扩喷管作为引射推力喷管系统的主喷管,以达到降低噪声目的的设计方法。冷模型实验表明,这种构型引射喷管不仅能使噪声显著降低,而且具有良好的气动性能。     

Φ1.2 m高超声速风洞引射系统设计与性能试验

针对大型高超声速风洞总增压比高、抽吸范围宽、多级参数匹配等要求,开展了Φ1.2 m高超声速风洞多级引射器系统设计计算与抽吸试验研究。通过对无风洞主气流时第一、二、三级引射器的单级性能调试和多级组合性能调试,获得了三级多喷管中心引射器不同工作参数组合的抽吸性能,试验段静压最低达660 Pa。据此,总结得到了多级引射器高效运行的参数匹配原则。有风洞主气流时的引射系数试验结果与理论计算结果吻合较好,验证了多级多喷管引射器气动设计方法的可行性。设计结果可靠,可为高超声速风洞或其他地面气动试验设备的多级引射器系统设计与运行提供技术参考。     

利用喷管引射和旋翼下洗的红外抑制器特性研究

在波瓣引射器一次引射掺混后,提出利用旋翼下洗气流对弯曲混合管排气进行二次强迫混合的红外抑制器结构,并对该红外抑制器进行了有关流动混合特性的实验和数值研究,获得了主流和引射气流、下洗气流相互混合过程中,混合管内部及抑制器出口处的温度场和压力场等相关信息,以及表征引射-混合系统总体性能的引射系数等参数。结果表明:引入下洗气流可以改善出口分布的不均匀性,经过波瓣喷管引射器泵吸周围空气掺混冷却和利用旋翼下洗气流进行二次冷却,可以有效使排气温度降低50%。     

高超声速风洞两级引射器气动性能试验研究

以中国航天空气动力技术研究院（CAAA）FD-07风洞为对象,进行了马赫数5~6时两级超声速引射器气动性能试验研究。通过二级引射器单级调试、两级引射器联调、主-次流混合调试,获得了引射器运行时的相关数据。通过试验数据分析,得出如下结论:（1）在FD-07风洞引射器马赫数5~6试验中,一级引射器运行压力0.8MPa、二级引射器运行压力1.0MPa时,引射器运行效率较高,中压气源消耗较少;（2）超声速引射器用于维持风洞运行压比,而风洞驻室低压环境（即试验模拟高度能力）主要由主气流状态决定,与引射器关系不大;（3）一级超声速引射器能对主气流干扰、二级超声速引射气流干扰起到很好的隔离作用。进一步明确了FD-07风洞引射器的运行状态,优化了引射器运行压力方案。     

引射器增强混合喷嘴性能实验研究

在气动中心一套引射系统实验装置上采用两种增强混合喷嘴(后缘开缝喷嘴及花瓣状喷嘴)进行了等面积多喷嘴引射器性能实验研究.其目的是探索喷嘴增强混合措施在较高增压比引射器系统中的应用性能.实验方法为在同一引射器、相同引射参数下更换不同的引射喷嘴进行引射性能参数测试,并与常规圆锥喷嘴试验结果作对比分析.实验结果表明:增强混合喷嘴都比常规圆锥喷嘴具有更好的引射综合性能,混合室出口截面总压分布也更均匀;后缘开六缝喷嘴的综合引射性能最好.这些结果说明在增压比较高的引射器系统中采用多喷嘴引射增混措施的基础上,喷嘴增强混合措施仍然具有良好的应用前景.实验结果也表明喷嘴参数与引射参数间的优化匹配对引射性能也有影响.     

双喉道推力矢量喷管的气动性能数值模拟

对双喉道推力矢量喷管的流动特性和气动性能进行了数值模拟研究,分析了在有无推力矢量情况下,双喉道喷管的主流落压比(Nozzle pressure ratio,NPR)和二次流流量对喷管的气动性能与内部流动特性的影响。研究结果表明,在无推力矢量状态下,双喉道喷管在落压比NPR=3.0~4.0之间具有最优的推力系数和流量系数,分别为0.974和0.935。在有推力矢量状态下,双喉道喷管在NPR=4.0时具有最优的推力矢量角和推力系数,其推力矢量角最高为16.1°。当二次流流量为4时,推力矢量角为14.6°,推力系数为0.95。随着二次流流量的增加,双喉道喷管的推力矢量角逐渐增加,但是当增加到一定值之后,推力矢量角会逐渐减小。在相同的二次流流量下,随着主喷管落压比的增加,推力矢量角和推力矢量效率逐渐降低。随着主喷管落压比的增加,双喉道喷管的推力系数逐渐升高,在NPR=4.0达到最大值后逐渐降低。流量系数随着主喷管落压比的增加逐渐增大,但是在NPR=4.0以后,流量系数的变化趋于稳定。     

发动机喷流对飞机阻力伞性能的影响

飞机阻力伞工作过程中,往往飞机发动机仍未停机,高速发动机喷流会对阻力伞流场产生影响,进而影响阻力伞的工作性能。针对发动机喷流对阻力伞的影响,本文采用流固耦合方法对不同喷流速度下的阻力伞动态开伞过程进行数值仿真,分析了不同喷流速度对阻力伞阻力特性、阻力伞稳定性以及流场特性的影响。研究发现,发动机喷流会使阻力伞前的气流速度变大,从而导致阻力伞动载峰值变大,充满状态的稳态载荷变大,动载峰值出现时刻前移。在本文计算工况下,当发动机喷流速度为250 m/s时,阻力伞充满状态稳态载荷增加21%;当喷流速度为350 m/s时,阻力伞充满状态稳态载荷增加51%;当喷流速度为500 m/s时,阻力伞充满状态稳态载荷增加79%。同时,发动机喷流会使得伞衣内侧下方的压力偏大,导致伞衣压力分布不对称,从而使得阻力伞发生上下摆动,且喷流速度越大,阻力伞摆动振幅越大,阻力伞稳定性越差。     

半柔壁喷管型面设计与校准方法研究

半柔壁喷管是跨超声速风洞柔壁喷管的一种类型,由喉道块、可变型面的柔板及出口端板等部分构成。半柔壁喷管具有长度短、支撑机构数量少、建设成本低、系统可靠性高、运行维护成本低等优点。鉴于半柔壁喷管的各项优点,航空工业气动院的0.6 m连续式跨声速风洞和2.4 m连续式跨声速风洞均采用半柔壁喷管。本文以0.6 m风洞的半柔壁喷管为例,详细介绍航空工业气动院的半柔壁喷管型面设计方法,主要内容包括曲率连续的喷管无黏型面设计方法、曲率连续的附面层位移厚度计算方法、喷管型面的迭代设计方法、半柔壁喷管设计方法和喉道块上游型线设计方法。本文提出了一种根据计算流体动力学（Computational fluid dynamics,CFD）和流场校测结果调节附面层位移厚度的喷管型面校准方法,有效地提高了喷管型面出口马赫数的精准度。半柔壁喷管流场校测结果表明,半柔壁喷管菱形区的马赫数偏差小,流场均匀性良好,达到国军标先进水平。     

飞机座舱风挡层合玻璃弹穿有限元分析

讨论了飞机风挡层合玻璃的抗弹穿叠层设计方法,建立了风挡层合玻璃三维有限元分析模型。对层合玻璃材料采用具有失效模型的弹塑性本构关系,用非线性Ｌａｇｒａｎｇｅ有限元程序模拟了飞机层合玻璃的子弹穿透动响应过程,给出了层合玻璃弹穿的计算实例,数值分析为防弹层合玻璃的设计提供了理论依据。     

航空发动机矢量喷管作动器伺服阀非稳态热分析

采用集总参数法,对航空发动机矢量喷管作动器伺服阀进行了非稳态热分析,建立了相应的数学模型,研究了环境温度、伺服阀初始温度和伺服阀焦耳热对伺服阀温度随时间的变化规律。结果表明:伺服阀的稳定温度只随环境温度和伺服阀焦耳热的增大而升高,与伺服阀初始温度无关。伺服阀超温时间随着初始温度、环境温度、伺服阀焦耳热的增大而缩短:环境温度为300℃,伺服阀焦耳热为0.08W时,初始温度从50℃到100℃,超温时间缩短20.6%。伺服阀焦耳热为0.08W,初始温度为70℃,环境温度从250℃上升400℃时,超温时间缩短了60.8%。环境温度为300℃,初始温度为122.6℃时,10W的伺服阀焦耳热相比0.08W,超温时间缩短了38.3%。     

半柔壁喷管初步实验研究

为了验证跨超声速风洞半柔壁喷管的气动设计结果,在试验平台上经过对喷管的动调,完成了半柔壁喷管的性能测试研究.得到如下初步结论:所使用的半柔壁喷管气动设计方法有效可行,马赫数调节范围及喷管流场均匀性指标达到设计要求;通过对喷管的动调,喷管第一菱形区的马赫数均方根偏差可降低30%~40%;在风洞吹风过程中,可实现喷管马赫数的连续变化功能,在喷管型面调节速度适当时,试验段流场均匀性指标与喷管固定型面时相当.     

低速排气非对称二元喷管红外辐射特性实验研究

为了研究非对称二元喷管(Unsymmetrical two-dimensional nozzle, UTDN)的红外辐射特性,首先以宽高比为8的常规二元喷管(AR8)为基础,设计加工了UTDN,然后在涡扇发动机热喷流实验台上测量了UTDN轴线上的温度分布以及在后半球典型探测面内0,10,30,60和90°方向上的红外光谱辐射强度,积分得到辐射强度的空间分布,并在相同的实验条件下,与AR8进行了比较.结果表明: UTDN的掺混能力与AR8相当;在10和30°方向上,UTDN在侧后方测量面内的红外辐射最强;而在60和90°方向上,则是后上方测量面内的红外辐射最强;UTDN通过延长面的遮挡作用,在二元喷管的基础上进一步降低了下方测量面内的红外辐射,最大处降幅达到83.8%.     

喷雾器喷嘴出口喷流流场特性的实验研究

通过定性定量实验手段研究了以水为单介质流体的某农用喷雾器喷嘴出口流场。首先采用单反相机常规拍摄方法,记录了喷雾压力在50～4 000 Pa范围内的喷嘴出口流场,发现了随着喷雾压力增大,喷嘴出口射流的形状经历了形成液泡到液泡破裂的过程,以及射流发展及最终稳定过程。然后通过PIV测速技术对喷雾压力在1 000～4 000 Pa范围内的喷嘴出口流场进行了定量测量实验研究,获得了在纵向截面上,喷嘴出口速度随喷雾压力增大而增大,且在中心线上的速度随着离喷口距离的增加均呈现振荡衰减的变化规律。在同一位置横向截面上,随着喷雾压力的增加,旋流强度越强,流速越大;而在同一喷雾压力下,离喷嘴出口距离越近的横截面处旋流强度越大,流速也越大。本文实验研究结果验证了PIV测速技术可以用于水雾滴的速度场测量。