双S弯二元排气系统遮挡偏距比对壁温与红外辐射影响的试验研究

为了探究不同遮挡偏距比双S弯排气系统的红外特性,试验研究了遮挡偏距比为55%和100%的双S弯二元排气系统的壁面温度分布和红外辐射特性,并与相应的基准轴对称排气系统进行了对比分析。结果表明:S弯喷管壁温整体要比基准轴对称喷管高约25%,第一S弯下游的上壁面附近存在局部高温区,提高S弯喷管遮挡偏距比后,温度梯度加剧,热应力集中。与基准轴对称排气系统相比,55%和100%遮挡偏距比双S弯二元排气系统均具有突出的红外抑制效果,正尾向(α=0°)红外辐射强度分别降低77.7%和79.3%。从温度和红外辐射强度综合评价,遮挡偏距比并非全遮挡最好,遮挡偏距比从55%提高到100%后,仅能有效抑制上方探测面α=5°和10°的红外辐射,而基本不会改变尾向其他探测方向的红外辐射,在工程设计时应权衡优化损失。

截面变化类型对双S形二元排气系统性能的影响

为了研究截面变化类型对双S形二元排气系统性能的影响,基于轴对称排气系统,建立了前急后缓(A1)、缓急相当(A2)、前缓后急(A3)三种过渡截面变化类型的双S形二元排气系统模型,这些模型具有相同的长度、中心线、进口直径、出口面积和宽高比,并且对发动机涡轮等部件完全遮挡。采用数值计算研究了截面变化类型对推力及红外特性的影响。研究结果表明:A3,A2,A1型双S形二元排气系统的推力依次降低,与基准轴对称排气系统相比,分别下降了2.7%,3.1%,3.8%;三种排气系统红外辐射强度的空间分布规律基本相似,幅值差异在13.8%之内;与基准轴对称排气系统相比,总体而言,不同截面变化类型的双S形二元排气系统在0°方向红外辐射强度均降低了97%以上,在侧向、上方和下方探测面的90°方向分别降低了66.8%,30.2%和34.1%以上。综合考虑推力及红外特性,前缓后急型过渡截面变化类型的双S形二元喷管是较优的选择。

一种高推力和低红外特征的双S形二元排气系统

基于某轴对称排气系统,建立了一种小中段偏径比(S_m/D)、出口偏径比(S_o/D)大于0的双S形二元排气系统模型。该双S形二元排气系统在除了上方探测面0°到20°的角度范围内,所研究的其余方位角均做到了喷管型面对排气系统内部涡轮等高温部件的遮挡。通过数值计算研究了双S形二元排气系统的推力和红外特性,并与基准轴对称排气系统进行了对比。结果表明:小中段偏径比和大长径比使双S形二元排气系统避免了推力损失,相比基准轴对称排气系统,该双S形二元排气系统的推力增加了0.2%;双S形二元排气系统的红外辐射强度在侧向探测面上最小,在上方探测面最大;相比基准轴对称排气系统,双S形二元排气系统在0°方位角降低了97%以上,在侧向、上方和下方探测面90°方向分别降低了62.1%、26.1%和34.9%。