延伸段压强分布对双钟形喷管模态转换速率的影响机理

为揭示延伸段压强分布对双钟形喷管模态转换过程的影响机理,采用仿真、试验和理论分析并举的方法,对不同延伸段压强分布的双钟形喷管的模态转换过程开展了研究。结果表明:当实际工作落压比大于最大理论分离落压比时,分离点在非负压强梯度的延伸段型面上稳定存在的落压比平衡条件被打破,故其模态转换过程随分离点的移动快速进行。同时,因落压比失衡机制的存在,快速模态转换构型在正/逆转换间存在迟滞现象。顺压梯度延伸段型面则能够满足分离点稳定存在所需的工况平衡条件,故模态转换过程缓慢,且在此过程中并无迟滞现象的出现。

不同延伸段压力分布的双钟形喷管设计

针对不同延伸段压力分布的双钟形喷管,采用特征线法,分别对最大推力、等压分布及等逆压梯度分布的延伸段型面开展了设计,通过仿真手段对设计方法进行了校验,并对不同延伸段压力分布的双钟形喷管工作过程开展了研究。结果表明:最大推力及已知壁面压力的反设计方法能够实现特定压力分布的延伸段型面设计。延伸段逆压梯度分布的双钟形喷管能够在小于发动机起动时间内完成工作模态转换,而延伸段顺压梯度和等压分布构型的模态转换时间较长。相较于最大推力型面,延伸段逆压梯度分布的双钟形喷管存在一定性能损失。当延伸段压升幅值为0.001 5倍的燃烧室压力时,双钟形喷管平均比冲下降了0.44%。