二元喷管出口宽高比和扩张段冷却对红外辐射特性的影响

摘要

本文以某型轴对称收扩喷管涡扇排气系统为原型，研究了不同宽高比的全尺寸二元收扩喷管涡扇排气系统的气动和红外辐射特性数值研究。定量分析了不同宽高比的二元喷管排气系统红外抑制效果；研究了二元喷管增加遮挡罩和喷口尾缘锯齿修型等技术措施的红外抑制效果；研究了在尾喷管锯齿挡板，扩张段侧壁面以及扩张段上下壁面开气膜孔冷却结构的气动及红外辐射特性。研究结果表明：
　　(1)采用二元收扩喷管会导致推力系数和总压恢复系数降低，而且宽高比越大，推力系数和总压恢复系数越小。宽高比为3.33的二元喷管，其推力系数和总压恢复系数分别降低2.14％，6.08%；宽高比为8的二元喷管，其推力系数和总压恢复系数分别降低3.17%，8.48%。采用二元喷管可有效抑制红外辐射强度，而且宽高比越大，抑制效果越好，二元喷管(AR=8)在0°探测角上相对于轴对称喷管，气体红外辐射降低50.1%，总体红外辐射降低45.23%。
　　(2)二元喷管(AR=3.33)加上遮挡罩后，喷管的推力系数提升了约0.67%，总压恢复系数提升了约1.88%。与无遮挡罩喷管(AR=3.33)相比，夹层中的冷气一方面加强尾焰喷流与冷气的掺混，气体辐射降低33.12%(90°方向上)。另一方面冷却内壁面降低温度，内壁面红外辐射降低了43.16%(0°方向上)，总体红外辐射降低4.36%(0°方向上)。
　　(3)二元喷管尾缘改为锯齿型后，气动性能没有明显改善，但是有效抑制了内壁面的红外辐射，与不加遮挡罩二元喷管相比内壁面红外辐射降低了40.27%(0°方向上)，总体红外辐射降低了5.25%(0°方向上)。
　　(4)在一定情况下，冷却气孔的增多能使内壁面温度更加均匀。但是如果冷却气流量不足，会使尾喷管气体通过冷却气孔倒流入冷却气内部，造成局部温度过高，从而加大红外辐射。冷却气流量的加大能显著降低内壁面温度，从而降低红外辐射强度。

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缩略词

第一章 绪论

1.1 研究背景和意义

1.2国内外研究现状

1.3本文研究内容及目的

第二章 二元喷管扩张段冷却及红外辐射特性数值计算方法

2.1控制方程

2.2 红外辐射强度计算方法

2.3湍流模型验证

2.4网格试验

第三章 二元收扩喷管气动和红外辐射特性

3.1计算模型

3.2边界条件

3.3 宽高比对喷流流场影响分析

3.4喷管宽高比对红外辐射特性影响

3.5喷管扩张段对流冷却对喷管红外辐射特性影响

第四章 二元收扩喷管扩张段冷却的红外辐射特性

4.1 几何物理模型

4.2 网格划分与边界条件

4.3喷流气动和红外辐射分析

4.4喷管内壁面温度场及红外辐射分析

4.5喷管整体红外辐射分析

第五章 总结和展望

5.1 本文主要结论

5.2建议

参考文献

致谢

在学期间的研究成果及发表的学术论文