平面膨胀偏流喷管流场特性和推力性能研究

采用数值模拟方法研究了平面膨胀偏流喷管在压力比10~150之间的流场特性和推力性能,并与同扩张比传统收敛-发散喷管进行比较。随着压力比不断增大,ED喷管内超声速流动区域面积增大,剪切层向轴线靠近,产生再附着激波,粘性再循环区逐渐与外界大气隔离,流动模式由“开尾流”转变为“闭尾流”。2种流动模式发生转换的标志是基底压力发生突降。所设计的ED喷管在所有计算条件下性能均优于CD喷管,在较低压力比下性能优势更为明显。ED喷管性能提升的原因主要有2点:①不发生壁面流动分离,减少了过膨胀损失;②在压力比较低的条件下,从中心体发出的第一道激波到达喷管壁面时,大量流动发生压缩转向,导致内壁面压力升高,进而导致性能提升。

基于混合正交法的环喉式膨胀偏流喷管性能影响因素研究

利用混合正交法设计数值模拟实验对环喉式膨胀偏流喷管(ATEDN)的工作过程进行研究,以获得ATEDN在不同工作模态的流场特征并分析入口压力、扩张比和塞锥基底半径三个影响因素共同作用下喷管性能的变化规律及各因素对喷管性能影响的显著性。采用FLUENT商用软件对ATEDN在0~31 km高度范围内的工作状态进行模拟。模拟结果表明,ATEDN在不同工作高度下存在开放-固壁反射、开放-自由边界反射和闭合三种基本工作模态。根据喷管流动经历的不同工作模态特征,将喷管的工作过程进行分类,具有不同工作过程的喷管推力性能存在显著差异。结果对比发现,在所选的参数水平下,塞锥基底半径是影响高度积分平均比冲的最显著因素,其次是扩张比,入口压力影响最小。随着喷管扩张比的增加,高度积分平均比冲降低;随着喷管入口压力和塞锥基底半径增加,高度积分平均比冲增加。

膨胀偏流喷管高度补偿机制数值研究

为了研究膨胀偏流喷管高度补偿性能,采用CFD方法,对环喉式(ATEDN)和分散式(DTEDN)膨胀偏流喷管在不同高度的工作状态进行了研究,分析了高度变化对膨胀偏流喷管性能的影响和膨胀偏流喷管的高度补偿机制。结果表明:在工作高度0km～15km内,膨胀偏流喷管推力系数优于传统喷管,具有自动补偿能力,其工作模态是从低空"开放"模态转换到高空"闭合"模态。环喉式膨胀偏流喷管性能优于分散式膨胀偏流喷管,其中心体尾锥角、收敛角和初始角存在最优角度,分别为70°,5°和65°,其中收敛角对性能影响较小。对于分散式膨胀偏流喷管,喉孔数目为6喉孔的喷管高度积分总冲比4喉孔的喷管高1.94%;采用带状喉孔的喷管高度积分总冲比圆孔喉口的喷管高3.47%。