同向流动和逆向流动的推力矢量控制

摘要

过去的几十年间，各种推力矢量喷管的深入研究促进了多功能排气喷管的发展，多功能排气喷管能够在不同的飞行状态下更高效的工作。在众多的排气喷管中，相比于传统机械式推力矢量喷管，射流推力矢量喷管在实现超声速飞机、火箭、导弹等推力矢量化过程中具有结构简单、操作方便、控制效果稳定等优点。本文以射流推力矢量控制方法中的同向流动和逆向流动推力矢量喷管作为研究对象，用数值模拟的方法研究了喷管压力比NPR、二次压力比SPR对推力矢量喷管性能的影响，分析了喷管的系统推力比、推力矢量角、二次流质量流率等性能参数;在完成推力矢量喷管的静态性能分析后，采用UDF函数控制喷管压力比NPR、二次压力比SPR线性变化，分析压力比变化过程中存在的滞后现象。论文的主要内容和取得的成果如下:
　　(1)以MOC方法设计的马赫数M=2.5的同向流动和逆向流动推力矢量喷管作为研究对象，运用Gambit软件建立几何模型的计算域;
　　(2)与实验数据进行对比来验证数值模拟方法的科学合理性，对比结果显示数值模拟与实验结果很好地吻合。
　　(3)运用控制变量法分别改变喷管压力比NPR和二次压力比SPR，分析了喷管的系统推力比、推力矢量角、二次流质量流率等性能参数变化规律。研究结果表明:随着喷管压力比NPR的增大，推力矢量角、二次流质量流率、系统推力比逐渐减小。在高马赫数M=2.5下，仅需要低于2.4％的二次流质量流率就可以实现高效的推力矢量控制。
　　(4)对逆流推力矢量控制中线性改变喷管压力比NPR与二次压力比SPR后存在的滞后现象进行研究，分析外套管上壁面压力分布、推力矢量角、二次流质量流率等性能参数随瞬时压力比的变化规律。结果表明:线性地变化喷管压力比NPR与二次压力比SPR，形成了推力矢量角与二次流质量流率的滞回曲线。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．2 推力矢量喷管研究现状

1．2．1 国外研究

1．2．2 国内研究

1．3 各种射流推力矢量控制方法的研究现状

1．4 同向流动和逆向流动的推力矢量控制方法的研究现状

1．5 滞后现象的研究现状

1．6 本文主要研究内容

第二章 推力矢量喷管的计算分析

2．1 推力矢量喷管模型

2．2 性能参数理论分析

2．3 数值模拟与实验的验证

2．4 网格无关性验证

3．1 引言

3．2 边界条件

3．2．1 改变喷管压力比NPR的边界条件

3．2．2 改变二次压力比SPR的边界条件

3．2．3 收敛条件

3．3 喷管压力比变化对喷管性能的影响

3．3．1 不同喷管压力比下的抽吸二次流质量流率

3．3．2 不同喷管压力比下的压力分布

3．3．3 不同喷管压力比下的推力矢量角

3．3．4 不同喷管压力比下的系统推力比

3．3．5 不同喷管压力比下的马赫数云图

3．4 二次压力比SPR变化对喷管性能的影响

3．4．1 不同二次压力比下的二次流质量流率

3．4．2 不同二次压力比下的压力分布

3．4．3 不同二次压力比下的推力矢量角

3．4．4 不同二次压力比下的系统推力比

3．4．5 不同喷管压力比下的马赫数云图与流线图

3．5 本章小结

4．1 引言

4．2 数值计算

4．2．1 数值计算模型

4．2．2 边界条件

4．2．3 数值计算方法

4．3 不同喷管压力比下的滞后现象

4．3．1 不同喷管压力比下的压力分布(SPR=0．8)

4．3．2 不同喷管压力比下推力矢量角的滞回环(SPR=0．8)

4．3．3 不同喷管压力比下抽吸二次流质量流率滞回环(SPR=0．8)

4．3．4 不同喷管压力比下的马赫数云图(SPR=0．8)

4．4 不同二次压力比SPR下的滞后现象

4．4．1 不同二次压力比下的压力分布(NPR=17)

4．4．2 不同二次压力比下推力矢量角的滞回环(NPR=17)

4．4．3 不同二次压力比下二次流质量流率的滞回环(NPR=17)

4．4．4 不同二次压力比下的马赫数云图(NPR=17)

4．5 本章小结

5．1 全文总结

5．2 本文主要创新

5．3 今后工作展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间的研究成果