波瓣数对波瓣S型混合二元喷管气动热力性能影响

依据某型涡扇发动机波瓣S型混合二元喷管,保持波瓣混合器长度、内扩张角、外扩张角以及宽高比不变,依次取波瓣混合器波瓣数为12,14,16,18,20,建立了一组具有不同波瓣数的波瓣S型混合二元喷管模型.采用经过验证的CFD方法,研究了波瓣数对波瓣S型混合二元喷管气动热力性能的影响规律.结果表明:在波瓣尾缘截面至第1个S弯截面区域,波瓣数对流体混合程度产生很大影响,并且热混合效率近乎随波瓣数增加而增加.在第1个S弯截面至波瓣S型混合二元喷管出口截面区域,波瓣数为16的波瓣S型混合二元喷管模型的总压恢复系数始终最低,其余模型的总压恢复系数以及热混合效率没有明显差别.在波瓣S型混合二元喷管出口截面上,波瓣数为16的波瓣S型混合二元喷管模型的热混合效率最高,达到0.850,然而其总压恢复系数相对于该截面上最高值下降了0.289%.此外,波瓣S型混合二元喷管的渐缩型流道能够提高流向涡强迫混合效果,但同时也加速流向涡的耗散速率.

波瓣混合器对双S形二元排气系统红外特性的影响

为了研究波瓣混合器对排气系统红外特性的影响,设计了波瓣数分别为12、15、18的波瓣混合器双S形二元排气系统,通过数值计算研究了波瓣数对排气系统红外抑制效果的影响,并与相应的环形混合器双S形二元排气系统对比。研究结果表明,随着波瓣数的增加,排气系统的推力略微升高,最大差值在0.1%以内;波瓣数越少,排气系统内、外涵气流的热混合度越高,尾喷流的最高温度和红外辐射强度越低,波瓣数由18减少到12时,喷流辐射强度最大降低了18.1%;相比环形混合器双S形二元排气系统,在侧向和下方探测面上纯喷流辐射的90°方位角,三种波瓣数的波瓣混合器双S形二元排气系统辐射强度分别降低了20.9%和26.9%以上。因此,为了得到更好的红外抑制效果,建议使用较少波瓣数的波瓣混合器。

非对称波瓣下外扩张角对S型喷管气动热力性能影响

为了研究非对称波瓣下外扩张角对S型喷管气动热力性能的影响规律,以含非对称波瓣的S型喷管为研究对象,保持非对称波瓣长度、内扩张角、高宽比及上外扩张角不变,取定非对称波瓣下外扩张角依次为17.75°,22.75°,27.75°,32.75°,建立了一组具有不同下外扩张角的非对称波瓣S型喷管模型。通过数值求解Reynolds-Averaged Navier-Stokes(RANS)方程,得到了S型喷管气动热力性能随非对称波瓣下外扩张角的变化规律。研究结果表明:第一个弯道上游流场中,流向涡具有较强的混合能力,其核心区无量纲涡量值随非对称波瓣下外扩张角增大而逐渐增大;然而,在第一个弯道下游流场中,所有模型对应的流向涡核心区无量纲涡量值均已非常微弱。在S型喷管弯道区域,流道流向、截面形状发生巨大改变,使得内外涵流体混合效果显著提高,但混合流体的总压恢复系数却急剧下降。混合流体热混合效率值受下外扩张角影响不明显,但S型喷管下半部分内壁面温度随下外扩张角增大而逐渐上升。在S型喷管出口,下外扩张角为17.75°模型的总压恢复系数为0.9464,高于其他3种模型,并且相对于该截面上总压恢复系数最低值增加了0.55%。

非对称波瓣上外扩张角对S弯二元喷管性能影响

为了明确非对称波瓣上外扩张角对涡扇发动机S弯二元喷管流场、流向涡涡量场、热混合效率、总压恢复系数和壁面最高温度的影响，采用基于Navier-Stokes（N-S）方程的三维数值模拟方法对不同非对称波瓣上外扩张角模型进行了定量研究，并得到了气动热力性能的影响规律。结果表明：非对称波瓣上外扩张角在5°-25°变化时，在波瓣尾缘处，流向涡的无量纲涡量随上外扩张角的增大而增大。在S弯二元喷管出口截面处，热混合效率随上外扩张角的增大而增大，总压恢复系数随上外扩张角的增大呈现出增大-减小-增大的趋势。S弯二元喷管的壁面最高温度随上外扩张角的增大先下降后升高，其中上外扩张角为10°壁面温度最低，约为426K。

二元波瓣喷管排气引射系统的试验研究

通过７种二元波瓣喷管排气引射系统的对比试验，研究了二元波瓣喷管的波瓣结构形状、排列方式和间距等参数对排气引射系统气动性能的影响。试验结果表明：错列二元波瓣喷管引射性能和强化混合性能比对列的好，但其压力损失系数比对列的大；波瓣内外间距相同的二元波瓣喷管比波瓣内间距为外间距两倍的气动性能好；波瓣切口错列的二元波瓣喷管的引射性能和强化混合性能最好，但其压力损失系数也最大。在各组合方案中。