发动机总体与尾喷管三维并行设计研究

为解决某型涡扇发动机尾喷管改型中的流量匹配问题,利用iSIGHT软件平台集成零维发动机性能计算程序和三维混合室和尾喷管的流场计算程序,运用数值缩放(Zooming)技术,实现了混合室和尾喷管型面以及进出口面积的自动修正,解决了尾喷管和发动机流量匹配的问题,并准确地反映了混合室和尾喷管三维流动效应对流量系数、推力系数以及发动机工作点的影响.该方法可为实现涡扇发动机其它部件的Zooming技术提供有意义的参考.      

对流辐射板抑制涡扇发动机热喷流红外辐射的实验

用对流辐射换热板来降低混合排气涡扇发动机热喷流的红外辐射,并在涡扇发动机热喷流模拟实验台上进行了实验研究.测量了安装对流辐射换热板前后,轴对称喷管的热喷流的温度分布,轴对称喷管和二元喷管的热喷流在3～5 μm波段的红外辐射强度.结果表明:对流辐射换热板可以降低热喷流高温核心区的温度约10%,降低涡扇发动机热喷流的红外辐射强度约20%～30%.      

塞式喷管冷流试验研究

结合试验喷管和试验数据,从高度补偿特性、底部气动特性、塞锥截短对性能的影响和塞式喷管流场等四方面,讨论了塞式喷管的性能和气动特点。试验结果表明:塞式喷管高度补偿效果明显,相对钟型喷管在低于设计高度上仍具有高性能;注入一定流量的二次流有利于提高塞式喷管性能,防止底部开闭过渡时推力较大幅度突降;底部二次流的注入使底部开闭过渡点的压比值升高,底部闭合后的压强值增大;塞式喷管型面设计不理想,将在流场中产生激波,降低塞式喷管的性能。     

Effect of Stagnation Temperature on the Supersonic Two Dimensional Plug Nozzle Conception. Application for Air

When the stagnation temperature of a perfect gas increases, the specific heats and their ratio do not remain constant any more and start to vary with this temperature. The gas remains perfect, its state equation remains always valid, except it will name in more calori-cally imperfect gas or gas at High Temperature. The goal of this research is to trace the profiles of the supersonic plug nozzle when this stagnation temperature is taken into account, lower than the threshold of dissociation of the molecules, by using the new formula of the Prandtl Meyer function, and to have for each exit Mach number, several nozzles shapes by changing the value of this temperature. A study on the error given by the PG (perfect gas) model compared to our model at high temperature is presented. The comparison is made with the case of a calorically perfect gas aiming to give a limit of application of this model. The application is for the air.     

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。     

磁力研磨法去除燃油喷嘴积碳的试验研究

针对燃油喷嘴大修再制造中积碳难去除的问题。利用扫描电子显微镜（SEM）分析喷嘴表面积碳的微观形貌和成分组成，为磁力研磨技术去除积碳方法的确定和工艺研究奠定基础。从旋转磁场的产生原理、磁针在磁场中受力和磁针在磁场中运动三方面综合分析了磁力研磨法的材料去除机理。采用电磁研磨装置对喷嘴进行积碳去除试验，运用响应面分析法分析旋转磁场转速、磁针的型号尺寸和研磨时间的交互作用对材料去除量和表面粗糙度的影响规律，确定试验的最佳工艺参数。最优的工艺参数为：磁针型号尺寸Ø0.8 mm×5 mm，旋转磁场转速1 000 r/min，研磨时间40 min。通过微观形貌的观测以及表面应力检测分析，综合评价研磨后的喷嘴表面质量。结果表明，研磨后的喷嘴表面积碳基本去除，表面光滑，残余应力明显下降，金相组织完好。经过专业测试，研磨后的残余积碳小于技术要求规定值。采用磁力研磨技术，可以有效去除燃油喷嘴表面积碳，去除效率高，技术环保，满足绿色再制造的要求。     

不同环境压强下塞式喷管流场的数值模拟

本文设计了一种环排式塞式喷管,通过求解N-S雷诺平均方程组,对在不同环境压强情况下该塞式喷管的流场结构进行了数值模拟,对采用单方程和双方程两种紊流模型模拟的结果进行了比较。数值模拟的结果表明,用适当选取混合长度的单方程模型与双方程模型计算的结果基本一致;该塞式喷管基本上体现了塞式喷管的优点。      

锥筒型喷管内壁化学铣切工艺优化

锥筒型喷管内壁化学铣切后同一产品不同部位化铣槽深尺寸散差较大,且不同批次产品铣切后槽深尺寸散差波动也较大,对装配后产品稳定性造成了一定影响。分析认为:由于锥筒型喷管内壁零件的特殊性,化学铣切时零件不同部位溶液的扩散能力不同,导致不同部位铣切速率差异较大,最终不同部位铣槽深度散差较大。根据零件结构特点,设计出新型化学铣切转动装置,该装置实现了零件双向组合旋转,显著降低了零件不同部位溶液扩散差异性,提高了产品化学铣切槽深度尺寸均匀性。此外,研究了1Cr18Ni9Ti材料零件化学铣切时,杂质离子对铣切稳定性的影响,并确定了极限浓度,建立了杂质含量与零件铣切数量的对应关系,以此监测溶液质量,提高了化学铣切稳定性。     

塞式喷管侧向喷流仿真研究

随着快速、准确等控制要求的提高,越来越多的飞行器采用了直接侧向力控制技术,这对飞行器本体及喷流装置均提出了更高要求,是先进飞行器气动设计中的关键技术之一。参考美国NCADE方案中的塞式喷管控制发动机结构进行了侧向喷流干扰流场的数值仿真研究,并与常规拉瓦尔喷管进行了对比,分析了两种喷管干扰流场结构及性能的异同,为相关研究提供借鉴。     

边界层控制方法降低喷管喉衬烧蚀影响因素研究

引入一种边界层控制方法,通过在喷管内表面形成一层低温富燃边界层,降低喷管内表面的温度和近壁面处氧化组分的浓度。采用二维轴对称模型对边界层控制方法进行了参变量研究,模拟了低温富燃气体的喷射质量、喷射温度、喷射位置和喷射角度对该方法的影响规律,比较了不同参变量对降低喷管内表面温度和近壁面处氧化组分浓度的效果,证明了边界层控制方法降低喷管喉衬烧蚀影响因素的有效性。