固体火箭发动机燃气射流流场和声场数值计算

燃气射流噪声是固体火箭发动机工作过程中的主要噪声源之一,射流流场的参数对其产生的射流噪声有重要影响。通过大涡模拟(LES)对不同尺寸喷管形成的超声速高温射流进行了三维非稳态数值模拟,随后在合适的声源面中,采用FW-H(Ffowcs Williams-Hawkings)声学模型和傅里叶变换得到了燃气射流噪声声压级的空间分布。计算结果表明,随着喷管尺寸增大,超声速射流核心区变大,喷口流场波节数增加,对喷管尾流场的影响域扩大,其产生的射流噪声也增强;燃气射流噪声辐射有较强的指向性,在射流轴向30°角方向噪声声压级最大,与相关文献中的试验结果比较吻合。研究结果可为后续固体火箭发动机降噪设计提供参考。     

双喷管STOVL飞行器升力突降动态过程的三维数值模拟

针对双喷管短距/垂直起降(STOVL)飞行器升力突降问题,采用基于雷诺平均的k-ε湍流模型模拟STOVL飞行器气动流场,研究STOVL飞行器吸附力、附加升力对升力突降的影响.获得了稳、动态过程吸附力曲线,研究表明:吸附力由喷管外侧卷吸夹带流动产生的低压区决定,附加升力对升力突降的影响较小.在稳态过程无量纲高度小于3.5,吸附力占飞行器升力10%以上.对比稳、动态过程,发现动态过程吸附力大于稳态过程,在无量纲高度为2时,两者相差最大,为20.6%.主涡的运动和发展迟滞是造成稳、动态过程吸附力差异的原因.      

星载电子器件用空气射流散热特性

在前期设计卫星大功率电子设备地面测试用通风散热系统的基础上,对系统散热性能进行了优化设计,对不同结构参数下电子器件的空气射流强化散热开展了数值仿真.研究结果表明系统中喷嘴出口直径、喷嘴出口至换热面距离、射流倾斜角以及喷嘴出口风速等参数对散热性能均有直接影响,并给出了定量的无量纲参数优化设计结果.该结论也可应用于表面热流密度为1 kW/m2级电子器件散热的优化设计,并为星载大功率电子设备对流式热控系统设计和地面测试提供技术参考.      

基于主动射流控制的二元混压式进气道起动特性研究

以N-S时均化方程为控制方程,采用SSTk-ω湍流模型对主动射流控制下的典型二元混压式超声速进气道二维定常流场进行了数值模拟和分析,验证了利用主动射流控制改善进气道起动特性的可行性,研究了不同射流流量、速度、总温对进气道起动特性的影响。结果表明,发现射流冲量大小是利用主动射流实现进气道迟滞回路内再起动的关键因素,当射流冲量大于某一阈值后,进气道即能实现再起动。研究还发现,采用主动射流控制技术后,进气道基本能消除迟滞回路现象。     

闪蒸射流推进的应用

过热液体在低气压(低于其饱和蒸汽压)环境下,会发生剧烈的蒸发,即过热液体的闪蒸现象。利用这一特性,当过热液体通过喷嘴喷射到真空环境时,便会发生闪蒸射流,其中部分液体发生剧烈的汽化,并以高速分离,产生反作用力,从而实现喷气推进。利用闪蒸射流特性的推进方案成功地应用于某伴飞卫星的推进系统中,实现了卫星伴随飞行的目标,取得了良好的结果。     

高马赫数射流预冷试验装置设计及试验验证

为加速中国射流预冷技术的研究,设计了1套基于高马赫数的射流预冷试验装置。对试验装置需满足的功能流程和设计需求进行了识别,明确了试验装置的组成;对试验段和水系统的结构进行了详细设计,提出了直杆型和圆环型2种不同喷杆布局的射流段,并对使用2种射流段时试验段的流场均匀性进行了分析,认为直杆型射流段的温度场和压力场分布更加均匀;选取几种典型的试验工况,对所设计的试验装置进行了温降特性、总压恢复系数以及流场均匀性等试验验证。结果表明：试验装置总体运行良好,结构设计合理,能够完成全工况下的射流预冷试验,其温降特性、总压恢复系数和流场均匀性符合试验预期,研究成果对中国航空领域射流预冷发动机的研制具有指导意义。     

导弹弹射发射动态燃气流场的数值模拟

为评估导弹尾流对制导发射车上雷达阵面的影响,对动态燃气流场进行了数值模拟.综合非结构网格弹性变形和网格再生,将被发射的导弹作为运动实体,根据发动机推力确定导弹在任意计算时刻的运动位移和速度,改变相应的流场计算边界,并由运动边界更新网格,进而计算导弹运动全过程中非定常流场.计算结果表明:制导发射车上雷达阵面的压力和温度分布变化较稳态计算降低,满足设计要求,为导弹发射系统的设计和优化提供了参考依据.     

等离子体增强射流掺混的激励参数影响研究

为提高火箭发动机推进剂掺混效率,探究等离子体对单股矩形射流掺混特性的影响,设计了等离子体射流发生与控制系统。使用粒子图像测速技术测量了表面介质阻挡放电等离子体激励器对单股空气射流掺混特性的影响。相比无激励工况,激励电压为5、6和7kV时,射流宽度随电压升高而变大,射流中心线速度衰减率最大提高20%左右;脉冲频率增加,射流宽度增大程度增加,衰减明显,掺混特性增强;激励电压和脉冲频率固定时,改变占空比,在50%~70%的区间内射流速度衰减最强,射流宽度最大。     

喷口加齿湍射流增强混合的实验与数值研究

实验测量了圆湍射流和不同数目加齿射流流场速度信号,用标准κ-ε模式对实验中对应条件的湍射流流场进行了数值计算.研究了喷口不同数目加齿对自由湍射流多尺度湍涡结构的控制效果.结果表明:加齿改变了湍射流多尺度涡结构能量的空间分布,将射流中心线位置的能量向边界输运.此外,加齿对近场齿尖位置涡结构具有破碎作用,而且在不同流向法向位置还会引起涡的合并和卷吸.     

涡轮叶尖间隙泄漏流动主动控制数值模拟

结合基于压力修正的雷诺应力湍流模型加壁面函数的三维计算流体力学程序,对某一轴流涡轮转子采用叶尖间隙射流主动控制对泄漏流场的影响进行了数值模拟.结果表明:在涡轮叶尖表面选择合适射流孔位置进行射流可以提高涡轮转子效率,其中大间隙下通过射流孔组合射流可以提高涡轮效率0.35%,小间隙下可以提高0.3%;在射流孔区域靠近叶片表面处流场结构中鞍点数和结点数相等,满足奇点总数规律.