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。     

高超声速推进系统用单膨胀斜面喷管型面设计和流场模拟

基于特征线法,并考虑变比热的影响,开展了高超声速飞行器用单膨胀斜面喷管设计。利用CFD数值模拟技术,计算得到了设计状态和沿飞行轨迹其它飞行状态下的单膨胀斜面喷管内外流场和特性。结果表明,在设计状态马赫数5时,基于特征线法得到的单膨胀斜面喷管内流场分布符合设计要求,而在其它较低的飞行马赫数下,单膨胀斜面喷管处于过膨胀状态,并且过膨胀的程度随飞行马赫数的降低而愈加严重。在马赫数2.5时,喷管膨胀面气流已发生明显分离,喷管性能急剧恶化。为了提高低马赫数条件下单膨胀斜面喷管的性能,采用变几何结构(调节下斜板角度)或基于二次流控制的单膨胀斜面喷管是必须的。     

二元喷管气动喉道控制的数值模拟

采用二阶迎风格式,并结合S-A湍流模型求解N-S方程,对喉部注气的二元拉瓦尔喷管内部和周围流场进行了二维数值模拟,分析了注气总压比、注气总温比、射流缝缝宽和注气角度对喷管气动喉道控制的影响。计算结果表明：喷管相对喉道面积比随注气总压比和射流缝缝宽的增大而基本呈线性地减小,而注气总温比对喷管相对喉道面积比的影响很小;注气角度对气动喉道控制有一定的影响,当注气角度在-30°左右时,相对喉道面积比最小。     

涡流冷却推力室中涡流结构的分析与优化

涡流冷却是一种新型液体火箭发动机推力室冷却方法,可以简化推力室结构,降低成本,提高可靠性。本文首先介绍该类型推力室的工作原理,并对涡流的结构进行了理论分析,得出内外涡流的速度分布特点。通过冷流场计算,验证了涡流结构分析的正确性。由于流体的粘性,减小了内部涡流的速度及涡量强度,影响推进剂的掺混及燃烧。通过对氧化剂喷嘴入射角的优化,发现氧化剂喷嘴倾斜一定的角度,可以增加内部涡流的速度及涡量强度,将有助于提高涡流冷却推力室中推进剂的燃烧效率。     

涡扇发动机排气系统斜切波瓣强迫混合器气动和混合特性数值研究(英文)

基于CFD技术,对波瓣尾缘斜切的波瓣喷管混合器在不同涵道比和斜切角度下的三维流场进行了数值研究.研究结果表明:斜切波瓣混合器减轻其自身重量的同时综合性能略有提高.波瓣尾缘斜切使流向涡产生位置提前,并且流向涡强度在各个涵道比下均高于常规波瓣混合器,平均在25%以上;斜切波瓣混合器较常规波瓣混合器的混合效率提高了2.45%,且随斜切角度和涵道比的增加而增大,混合管出口流体温度沿径向更平坦.在本文的内涵道比和斜切角度变化范围内,总压恢复系数高达0.935以上,而斜切对总压恢复系数的影响极其微弱,在±0.1%范围内.     

基于次流喷射控制推力矢量喷管的实验及数值研究

应用实验和数值模拟的方法,对一种新型的推力矢量喷管—基于次流喷射控制的二维推力矢量喷管的推力矢量性能和流场进行了研究。实验是在西北工业大学小型超高速吹气式风洞中进行,测量了在不同的二次喷流情况下,推力矢量和流场的变化规律;采用时间推进求解N-S方程的方法数值模拟了二维推力矢量喷管内流场和性能。研究结果表明,应用次流喷射控制主流流动可以实现较大的推力矢量转折,但是,二次喷流必须具有足够的压力值;如何从推力矢量工作方式恢复到轴向流动工作方式则是需要进一步研究的问题。      

利用ENSAAP程序计算喷管超音段壁面排气引射冷却系统性能与分析

在基线发动机性能计算的基础上,利用引射喷管抽吸特性和二次流进气系统的流量平衡技术,研究并提出了一种多缝引射喷管方案,用于降低喷管超音段壁面的温度,并开发出多缝引射喷管尺寸与分析程序ENSAAP。利用该计算程序,可分别计算设计条件下和非设计条件下的冷却空气流量和安装多缝引射喷管后所造成的安装推力损失,以及安装多缝引射喷管对发动机重量和飞机航程的影响。本项研究为发展具有低可探测性的先进发动机排气系统提供了可行的冷却方案和设计基础。      

控制力作用柔性喷管动力响应研究

选择某锥筒式扩张段柔性喷管作为目标,用弹簧模型取代柔性接头结构,运用结构动力有限元方法,纽马克差分格式,对结构模型进行了动力载荷作用下的响应分析,获得了三角波、正弦波和反正弦波三种激励下的结构响应结果。      

二维塞式喷管再生冷却换热的数值模拟

为了解塞式喷管再生冷却的换热特性 ,建立了二维型面塞式喷管计算模型 ,采用数值模拟的方法 ,研究了不同工况下塞式喷管的流场和换热特性。计算中 ,假定塞式喷管中的流动为冻结流动 ,考虑燃气向壁面的对流换热和辐射换热 ;采用二阶迎风格式离散控制方程 ,及 DO( Discrete Ordinates)模型离散求解辐射换热方程 ,水蒸气的吸收系数根据 Leckner公式计算。计算结果表明 :内喷管的受热情况最严重 ,需要重点考虑 ;塞锥的热防护随工作状况而改变 ,地面工况下塞锥的受热最严重 ,随着压比的升高 ,塞锥的受热逐渐减轻 ,最后不随环境压强而改变 ;塞锥型面设计不合理致使塞锥出现很高的温度峰值      

倒置喷管的湍流流场计算

数值模拟采用基于 Van Leer的矢通量分裂格式 ;应用线 Gauss- Seidel迭代法求解 ;并结合局部时间步长技术对收敛过程加速。对 Re=1 .66× 1 0 6 的倒置喷管流场进行数值计算的结果与实验符合