直升机旋翼下洗流场建模与整机红外辐射特性分析

摘要

直升机发动机排气系统的高温外露壁面和高温燃气尾焰是红外制导武器的主要探测和攻击目标，利用波瓣喷管混合器来加强燃气流与次流的掺混是降低排气温度和壁面温度的主要方法之一,同时旋翼下洗气流、排气喷口方向、直升机的工作环境和状态对直升机红外辐射特性也有一定的影响。本文采用数值模拟的方法，对旋翼下洗速度、排气喷口方向、直升机的工作环境和状态影响下的排气系统的气动特性和直升机红外辐射特性进行研究与分析。
　　在不同的旋翼下洗速度下，对旋翼下洗气流作用下的排气喷流流动特征进行了研究，分析了旋翼下洗气流和排气喷口方向等因素对排气系统气动特性和直升机红外辐射特性的影响。研究结果表明：旋翼下洗气流对排气系统引射能力的影响较为复杂，排气系统的引射能力取决于旋翼下洗气流在排气系统引射入口处形成附加的进气动量和排气出口产生的背压这两种机制共同作用。在旋翼下洗气流的作用下，热喷流受到旋翼下洗气流的压迫而发生明显的向后机身下方的扭曲偏转；且由于旋翼逆时针转动的切向流诱导，左右两股排气喷流的流动呈现出不对称性。当喷口向上排气时，排气喷流汇聚在后机身上方，在旋翼下洗流作用下的偏转形成对后机身表面的撞击，导致机身表面局部温度升高，红外辐射强度增大。当排气沿侧向或倾斜方向排出时，随着下洗速度的增加，红外辐射强度均呈现逐渐降低的趋势。喷口排气方向对直升机红外辐射强度空间分布的影响十分显著，喷口倾斜向上排气时从顶向和侧向探测的红外辐射强度基本相当，喷口斜向上排气方式更适应于全方位红外隐身的需求。
　　对侧向排气的直升机红外辐射特性和导弹作用距离受不同工作环境和状态的影响规律进行了研究。研究结果表明：改变发动机功率和飞行马赫数对3?5?m波段红外辐射影响较大，但对8?14?m波段红外辐射影响较小；改变悬停高度对两个波段红外辐射的影响都非常显著，随着悬停高度增加，红外辐射强度大幅降低；在水平探测面上，发动机功率和飞行马赫数的改变对两个波段的红外导弹作用距离影响显著，但在铅垂探测面上，发动机功率和飞行马赫数的改变只对3?5?m波段的红外导弹作用距离有影响；悬停高度的改变对两个波段的红外导弹作用距离影响显著，随着悬停高度的增加，导弹作用距离大幅减小。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

图清单

表清单

注释表

第一章 绪论

1.1 选题背景

1.2 国内外的研究现状

1.3 本文的研究内容

第二章 数值计算方法

2.1流动控制方程及湍流模型

2.2旋翼下洗流场建模[55-56]

2.3红外辐射计算方法[59-60]

2.4红外辐射离散份数试验

第三章 旋翼下洗与排气方向对直升机气动和红外辐射特性的影响

3.1 计算模型

3.2 边界条件和网格试验

3.3旋翼下洗速度和流线图

3.4旋翼下洗对喷口向上排气的影响

3.5旋翼下洗对喷口斜向上排气的影响

3.6旋翼下洗对喷口侧向排气的影响

3.7旋翼下洗和排气喷口方向对直升机红外辐射特性的影响

3.8机身蒙皮发射率对直升机红外辐射特性的影响

3.9本章小结

第四章 直升机工作环境对整机红外辐射特性和导弹作用距离的影响

4.1计算模型及边界条件

4.2旋翼气动加热及红外辐射特性研究

4.3直升机工作环境对红外辐射特性的影响

4.4红外制导导弹作用距离的分析

4.5本章小结

第五章 总结与展望

5.1本文研究结论

5.2未来工作展望

参考文献

致谢

在学期间发表的学术论文