波瓣喷管-狭长出口弯曲混合管引射混合特性分析

针对波瓣喷管和具有狭长出口的弯曲混合管所构成的引射-混合系统,进行了引射和混合特性的实验和数值研究,获得了主流和引射气流相互混合过程中的速度场、压力场和温度场的相关信息,以及表征引射-混合系统总体性能的引射系数和总压恢复系数等结果,对比表明数值计算和实验数据的相对误差在15%以内。由于弯曲混合管的出口狭长,弯曲混合管的混合流动受到流向旋涡和弯管二次流的共同影响,形成了有别于常规椭圆形出口截面混合管的一些独特的流动现象和特征。

弯曲混合管引射系统引射-混合特性数值研究

通过三维CFD数值计算,揭示弯曲混合管-波瓣喷管构成的引射混合系统内流场特性,分析了引射系统主要结构参数对引射混合器性能产生的影响。计算结果表明:混合管的弯曲,迫使主流发生偏转,高速主流对壁面冲击,造成近壁面以及混合管内的静压升高,故降低了系统引射流量;高温核心主流随着弯曲引起的二次流向弯管外侧运动,继而向两侧运动,温度等值线最终呈马鞍状。混合管弯曲角度对引射系数影响很大,弯曲角度的增加造成引射流量的迅速减小。弯曲角度大于40°后,混合管出口的热混合效率急剧降低。波瓣瓣宽增加引起混合管截面比减小和主流速度减小,导致引射流量比的急剧减小。随着波瓣扩张角的增大,引射流量比呈先增加后减小趋势。

二元弯曲混合管出口结构参数对红外抑制器气动和辐射特性的影响

采用CFD和瓜综合计算分析的方法，研究了不同结构参数的二元弯曲混合管对红外抑制器性能的影响。计算结果表明：与矩形出口的二元弯曲混合管相比，波瓣型面的混合管出口增加了排气出口周长，依靠粘性和剪切力的作用实现剪切混合，二次引射能力增强，抑制器整体引射性能最大提高了19．2％。同时，混合管壁面温度也显著降低，抑制器垂直方向上3～5μm波段的红外辐射强度峰值最高降低了13．3％；在波瓣瓣高一定时，随着波瓣数增加，红外抑制器整体引射系数先增大后减小，而总压恢复系数先减小后增大；在波瓣瓣宽一定时，随着瓣高增加，红外抑制器引射系数逐渐增大，而总压恢复系数逐渐减小，辐射强度峰值最大降低了11．6％。

混合管出口掺混距离对气流温度的影响

就弯曲混合管出口与模型出口之间相对距离的改变，对一体化红外抑制器模型出口混合气流温度的影响进行了数值模拟和分析．并通过实验，对出口间距变化时模型壁面的红外辐射场进行了测量．结果表明，延长混合管出口与模型出口之间相对距离，可以增加混合管热排气与冷却气流的掺混距离，使模型出口混合气流温度峰值下降约42％；但同时会使模型壁面在3～5μm波段和8～14μm波段的红外辐射强度有所增加．

狭长出口弯曲混合管一体化红外抑制器红外特性分析

将发动机热端部件-弯曲混合管埋入尾机身模型内部并引入旋翼下洗气流与热排气强迫混合,这是一种新型的一体化红外抑制器结构。通过数值模拟和实验分析比较了波瓣喷管与旋翼下洗的混合流场,并且获得了不同旋翼下洗气流作用下模型壁面的红外辐射光谱。结果表明:在弯曲混合管出口存在低压区,使得周围冷却气流在压差的驱动下被不断吸入混合;模型的红外辐射主要以8～14μm波段的红外辐射为主,随着旋翼下洗气流速度的增加,模型的红外辐射强度逐渐降低。

导流片对大形状比出口弯曲混合管引射性能影响的数值研究

采用数值模拟方法对波瓣喷管-大形状比出口弯曲混合管引射系统进行了流动分析,重点研究导流片数目(n)和出口角(β)对引射性能的影响。与常规无导流片情形相比,出口导流片改善了混合气流在排气出口附近的均匀性,降低了喷管出口截面二次流流通的静压;引射系数随导流片数的增加呈现单调增大的趋势,在导流片数达到8以后继续增加导流片数量,引射系数变化微弱,相对于无导流片情形引射系数的增幅最大可达20%左右;引射系数随导流片出口角的增加而呈现出先增大后减小的趋势,存在一个相对较优的导流片出口角范围,在出口角度为78°左右时可以获得高的引射系数和总压恢复系数。

双层混合管排气出口导流遮挡的冷却与红外辐射特性

以降低一体化红外抑制器混合管出口导流片温度及其红外辐射强度为目的,设计了双层混合管和带冷却结构的导流器。通过CFD和红外辐射强度空间分布数值仿真,研究了双层混合管强迫冷却进气流量、导流器出口形状和波瓣瓣数对排气喷流和排气混合管红外辐射强度的影响。计算结果表明,双层混合管+导流器结构相较于基准模型(单层混合管,导流片无冷却)可以有效降低导流器可视表面高温区,导流器自身的红外辐射强度降幅可达82.9%;导流器出口的波瓣可以诱导流向涡对,强化冷却气流与混合管出口排气尾流掺混,排气红外辐射强度相对于基准模型最大的降幅可达68.2%,混合管及其排气的总体辐射强度的降幅峰值可达86.4%。排气红外辐射强度以及总体辐射强度均随着波瓣瓣数的减少而逐渐减小,导流器出口过多的波瓣瓣数设计反而不利于流向涡的发展。混合管总体辐射强度随着强迫冷却气流流量的增加而逐渐减小,冷却气流流量与主流流量比值为0.1时,相对于不通冷却气流的情况,总体辐射强度的降幅峰值为68.3%。