较低噪声超音速引射器的设计与实验研究

本文介绍了一种将多孔喷管代替常规的拉瓦尔喷管作为具有较大引射系数的超音速引射器主引射喷管的设计方法,並对这类超音速引射器的噪声及引射性能与以当量流量拉瓦尔喷管作为主引射喷管的参考引射器的噪声和引射性能进行了对比实验。 实验结果表明,在孔距比和轴距比一定的条件下,多孔喷管引射器具有最佳的引射性能。最佳引射性能的多孔喷管引射器与参考引射器相比,在具有中等和较短混合室长度比时,不仅噪声可显著降低且引射性能亦可得到提高。多孔喷管引射器引射系数达到最大值时,混合室长度要比参考引射器对应该引射系数时的混合室长度小得多。因此采用设计适当的多孔喷管作为具有较大引射系数的超音迷引射器的主引射喷管,效益十分显著。本文研究结果对于设计未来运输机动力装置的低噪声引射推力喷管亦有一定参考意义。     

多喷管引射器的性能分析

应用气体动力学原理，推导了超音速多喷管引射器引射系数的计算公式。针对某型号发动机进气防砂滤清砂引射器，进行了性能特性计算和试验。结果表明，随着主次流压比降低、温度比增大，混合管与主喷管截面积比增大以及混合管长径比增大，引射系数均随着增大。在相同工况条件下，Ｌｍ／Ｄｍ＜７．０时，多喷管引射系数比当量收缩单喷管的引射系数大，且Ｌｍ／Ｄｍ越小，两者相差越大。理论计算和测试结果符合良好     

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     

导流片对大形状比出口弯曲混合管引射性能影响的数值研究

采用数值模拟方法对波瓣喷管-大形状比出口弯曲混合管引射系统进行了流动分析,重点研究导流片数目(n)和出口角(β)对引射性能的影响。与常规无导流片情形相比,出口导流片改善了混合气流在排气出口附近的均匀性,降低了喷管出口截面二次流流通的静压;引射系数随导流片数的增加呈现单调增大的趋势,在导流片数达到8以后继续增加导流片数量,引射系数变化微弱,相对于无导流片情形引射系数的增幅最大可达20%左右;引射系数随导流片出口角的增加而呈现出先增大后减小的趋势,存在一个相对较优的导流片出口角范围,在出口角度为78°左右时可以获得高的引射系数和总压恢复系数。     

流体二次引射推力转向参数影响规律

采用数值模拟手段,对流体二次引射推力转向参数影响规律进行了研究。首先采用二元矩形矢量喷管,结合风洞试验及国外文献计算数据,验证了自主开发的流体推力转向数值模拟软件的可靠性;在此基础上,开展了流体二次引射推力转向的机理研究和各种参数影响规律数值模拟研究,并详细研究了不同主次流压比、引射缝隙位置和缝隙宽度等参数对干扰流场结构及推力转向偏角的影响,获得了各设计变量对喷管性能及内部流态的影响规律,给出了流体二次引射实现推力转向的基本设计原则及较优的参数组合方案,相关结论可为流体二次流引射推力矢量喷管设计提供依据。     

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.     

弯曲混合管引射系统引射-混合特性数值研究

通过三维CFD数值计算,揭示弯曲混合管-渡瓣喷管构成的引射混合系统内流场特性,分析了引射系统主要结构参数对引射混合器性能产生的影响.计算结果表明:混合管的弯曲,迫使主流发生偏转,高速主流对壁面冲击,造成近壁面以及混合管内的静压升高,故降低了系统引射流量;高温核心主流随着弯曲引起的二次流向弯管外侧运动,继而向两侧运动,温度等值线最终呈马鞍状.混合管弯曲角度对引射系数影响很大,弯曲角度的增加造成引射流量的迅速减小.弯曲角度大于40°后,混合管出口的热混合效率急剧降低.渡瓣瓣宽增加引起混合管截面比减小和主流速度减小,导致引射流量比的急剧减小.随着波瓣扩张角的增大,引射流量比呈先增加后减小趋势.     

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%。     

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。     

喷管间距及偏角对超声速喷流噪声特性影响研究

为研究喷管间距、喷管偏角对超声速喷流噪声特性的影响,设计了超声速喷流噪声试验系统,对不同喷管间距、不同喷管偏角下喷流噪声进行了分析.实验结果表明,超声速喷流噪声具有很强的指向性,随着测点与喷流轴向夹角从30度增加到150度,噪声声压级峰值从132.4dB下降到110.0dB,峰值频率基本不变,随着喷管间距的从25mm增...     

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。     

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.     

高温燃气引射系统对接试验验证

引射系统是化学激光器排气系统的核心组件。为提高排气系统引射效率并适应小型化、经济性等要求，提出一种采用燃气发生器产生高温燃气的引射气源方案，建立了"基于航空发动机单喷嘴燃烧室结构的燃气发生器+两级超声速引射器"组合的引射系统试验平台，开展了燃气发生器独立热试车，并实现了与引射器的对接试验。结果表明:燃气发生器点火可靠，运行稳定；在高温燃气的引射作用下，引射器启动迅速，工作平稳，各项性能指标优于设计值；引射燃气温度一定范围内的变化基本不影响引射器工作性能。相关研究结果可为引射系统方案设计及选取提供参考。     

Numerical Study on Flow-Induced Vibration of Ejector Structure

High-speed airflow in wind tunnel tests usually causes dramatic vibration of ejector structure,which may lead to fatigue and even destruction of the wind tunnel. Therefore,analyzing and solving the flow-induced vibration problem is a tough and indispensable part of the wind tunnel security design. In this paper,taking a kind of two-stage ejector as the study object,multiple numerical simulation methods are adopted in order to carry out research on the analysis technique of the flow-induced vibration characteristics of ejector structure. Firstly,the structural dynamics characteristic is analyzed by using the ejector structural dynamics numerical model,which is built on the basis of finite element method. Secondly,the complex flow phenomenon is explored applying numerical fluid-dynamics model of the inner flow field of the ejector,which is constructed on the basis of finite volume method. Finally,based on the two numerical models above,the vibration response of the ejector structure induced by the high-speed airflow is computed via the fluid-solid coupling technique. The comparison of the simulation results with the actual vibration test indicates that these numerical simulation methods can accurately figure out the rule of flow-induced vibration of ejectors.     

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。     

高速冲击射流中的涡结构和冲击单音

冲击射流广泛应用于短距、垂直起降飞行器（STOVL）等航空航天领域,然而却伴随着流场与噪声等诸多方面的问题,需要深入研究其流动特性和噪声机理,特别是二者之间的关联。采用PIV（粒子图像测速）技术对高速冲击射流的流场结构和涡结构进行深入研究,探讨流场与声场的相关性,发现冲击单音的存在与否及强弱与涡结构的存在与否及强弱大小相对应,且冲击单音随压比、冲击距离、喷嘴唇厚等参数变化的规律也与涡结构与这些因素的变化规律相一致,因此涡结构和冲击单音具有很强的相关性;并且螺旋模态与对称模态对应不同频率的冲击单音,在同一工况下可能存在两种流动模态共存的情况,此时冲击单音也具有多频率特性。因此抑制大尺度涡结构的发展是降低冲击单音的重要环节,可为冲击射流的降噪研究奠定涡声理论基础。