加力隔热屏及中心锥冷却对二元收扩排气系统红外抑制效果数值分析

针对涡扇发动机二元收扩(2D C-D)排气系统,数值探究了加力隔热屏与中心锥气膜冷却对热部件温度的影响,并揭示了冷却措施对排气系统的红外抑制作用以及随之引起的推力系数变化。结果表明:对加力隔热屏开气膜孔可有效降低隔热屏温度,其峰值最大降低10.3%,且加力隔热屏结构、气膜孔倾角不同均会影响内外涵流量分配;加力隔热屏气膜冷却主要抑制30°~75°的红外辐射,辐射强度可降低8%~25%,但同时推力系数最高降低5.3×10^(-3)。对加力隔热屏与中心锥采取联合气膜冷却后,中心锥表面温度明显降低,0°~10°的红外抑制作用效果显著,辐射强度降幅最高达31.3%,随之引起的推力系数损失不超过3.0×10^(-3)。

不同冷却方式对中心锥冷却效果的影响

为研究不同冷却方式对航空发动机中心锥冷却效果的影响,建立了发动机低压涡轮后部件的物理模型,采用流固耦合的方法计算得到中心锥表面温度分布,重点研究了在不同冷却方式下冷却流量比、锥面气膜入射角度等参数对冷却效果的影响。研究表明:腔体引气对中心锥前段与末端的冷却效果较好,对中段双排孔之前部分的冷却效果较差,在有限范围内增加冷却空气流量能够提高冷却效果;当流量比不变时,采用腔体引气/锥面气膜结合方式时中段双排孔之前锥面温度比仅采用腔体引气冷却时降低了40%。

气膜孔布置形式对发动机中心锥冷却与红外抑制特性的影响

对发动机中心锥的红外抑制技术开展数值研究,在中心锥上采取气膜冷却技术,比较了不同气膜孔布置形式对冷却与红外抑制特征的影响。外涵低温气流通过支板引入中心锥,在锥体前端形成气膜覆盖,使支板与中心锥壁面得到了有效冷却。研究发现,采用气膜冷却后,喷管腔体壁面温度显著降低,中心锥与支板的壁面温度降低13.5%和14.6%。3～5 m波段上红外辐射得到有效抑制,喷管正后方最大降低41%,0～30范围内红外辐射特征得到显著抑制。

气膜孔排布对排气系统中心锥冷却和红外辐射特性的影响

运用计算流体力学/红外辐射（CFD/IR）的数值模拟方法,以涡扇发动机排气系统为原型,对中心锥表面气膜冷却方案进行了数值研究,并揭示了中心锥冷却对红外辐射特征的作用效果.研究表明：气膜冷却中心锥可有效降低中心锥表面的温度,抑制排气系统在0°~15°范围内的红外辐射.在所研究的诸多方案中,与无冷却的涡扇排气系统相比,中心锥表面温度可以降低282K,0°方向上可降低总体红外辐射约57%.