喷管唇口流固耦合效应对SERN性能的影响

摘要

高超声速飞行器非对称喷管,特别是下唇板,实际工作过程中承受着复杂的气动载荷.在真实工作条件下,考虑到喷管的结构和材料,喷管下唇板会产生弹性变形.这种流固耦合现象对喷管性能的影响究竟如何?另外从发动机总体减重考虑,需要在保证喷管性能的同时,最大限度地降低结构自身的重量,从而提高发动机整体的推重比.流固耦合动态模拟能够时时传递流场及结构场之间的受力及位移情况,从而真实模拟SERN唇口板在流固耦合作用下的变形及振动情况,和SERN的气动性能变化趋势.本文首先基于动态加速度法校核了流固耦合动态传力的精度,随后基于一个基准的二维喷管型面,通过改变唇口板的厚度,研究在不同唇口板厚度的情况下,SERN的流固耦合特性.本文研究发现:喷管的流固耦合振动按照结构的一阶模态频率发生振动,当喷管唇口板厚度降低到一定数值时,喷管性能、特别是升力出现较大波动,例如,在唇口板厚度为10mm时,推力及升力的波动范围分别为1.42％和37.2％.本文的研究为日后SERN的工程化应用奠定了一定的技术基础.