混合排气二元收敛喷管气动与红外隐身综合设计方法研究

摘要

本文针对航空发动机排气系统红外隐身和二元收敛喷管设计问题，对混合排气二元收敛喷管设计方法进行研究。开展了高性能二元收敛喷管型面设计方法研究，计算分析了型面构型和主要几何参数对混合排气二元收敛喷管气动与红外辐射特性的影响特点和规律，研究了喷管内外涵气流质量流量匹配设计方法，在此基础上探讨了喷管气动与红外隐身综合设计方法，并对设计方法进行了数值算例和模型试验验证。取得如下主要研究结果： （1）发展和完善了基于超椭圆截面和圆角矩形截面的二元收敛喷管型面设计方法，分析了两种截面的控制参数，采用多项式函数推导了一系列不同类型的横截面控制参数沿程变化规律，指出了截面控制参数与其沿程变化规律之间的几何约束关系，通过数值计算和对比分析，给出了高性能二元收敛喷管截面控制参数和沿程变化规律的选取原则。 （2）获得了喷管型面构型和主要几何参数（出口宽高比、长径比、面积比以及进口截面位置等）对混合排气二元收敛喷管气动与红外辐射特性的影响特点和规律。型面构型对喷管气动性能有一定影响，但对红外辐射特性的影响较小。在型面构型和其他几何参数相同的情况下，出口宽高比、长径比、面积比对喷管气动性能的影响较大，进口截面位置的影响较小。出口宽高比对喷管红外辐射特性的影响最大，喷管长度、喉道面积和进口截面位置对红外辐射特性的影响相对较小。 （3）提出了基于喷管三维粘性数值分析的内外涵气流质量流量匹配设计方法，建立了非线性无量纲内外涵气流质量流量匹配方程组，给出了该方程组的逐步线性迭代求解方法和步骤。 数值算例验证了非线性流量匹配方程组逐步线性迭代求解方法的有效性。 （4）提出了一套混合排气二元收敛喷管气动与红外隐身综合设计的方法和流程。基于喷管气动与红外隐身设计要求，初步确定喷管设计方案，通过内外涵流量匹配设计得到初步设计结果，最后根据喷管气动与红外隐身性能评估结果判断是否需要进行设计修改和迭代。数值算例和模型试验证明了该设计方法的可行性。数值计算结果表明：喉道面积的合理确定对实现喷管的推力性能设计目标起到关键作用；在设计点满足气动性能设计要求的二元收敛喷管和轴对称收敛喷管，在非设计点使发动机的工作状态具有一定差别。合理确定出口宽高比，对实现喷管红外隐身性能设计目标具有重要意义。

目录

文摘

英文文摘

论文说明：图表目录、符号表

声明

第一章 绪论

第二章 喷管流场与红外辐射的计算方法

第三章 高性能二元收敛喷管型面设计方法及喷管特性

第四章 混合排气二元收敛喷管气动与红外辐射特性的影响因素及规律研究

第五章 混合排气二元收敛喷管流量匹配设计方法研究

第六章 混合排气二元收敛喷管气动与红外隐身综合设计方法

第七章 混合排气二元收敛喷管设计方法的模型试验验证

第八章 全文总结

参考文献

致谢

在学期间的研究成果及发表的学术论文