分离线扩张比对超音速分离线摆动喷管流场影响规律的数值与试验研究

为进一步优化超音速分离线摆动喷管性能,通过数值计算分析了分离线处扩张比(ε)对超音速分离线摆动喷管流场的影响规律,并进行了试验验证。结果表明:相同ε下,随着摆动角度(θ)的增加,轴向推力系数(C_(fx))逐渐减小;ε取不同值时,相同θ下C_(fx)区别较大,在ε=1.68时C_(fx)达到最大值。相同ε下,随着θ的增加,偏转放大系数(K)先增加后减小,θ为1°~2°时,K值达到最大(K=2.5);不同ε下K区别较大,当ε≥1.46、θ为1°~8°时,K>1,ε=1.21时偏转效益受θ影响较大,K最小值小于1。数值仿真喷管羽流状态与地面试验一致,验证了仿真方法的有效性;分离线处压强由于模型误差存在一定偏差,摆动力矩由于分离线处压强的非均匀分布存在计算偏差。

一种超音速分离线摆动喷管流动特性数值研究

为研究超音速分离线摆动喷管气动性能优势,采用数值仿真方法,分析其流动结构,并对摆角和分离线间隙距离的影响规律进行研究。结果表明,各摆角下超音速分离线摆动喷管矢量角放大系数均大于1;随着摆角增大,喷管轴向推力系数与矢量角放大系数快速下降,摆角θ为7°时,轴向推力系数为0.955,矢量角放大系数达1.19。另外,分离线间隙距离增大,喉衬后缘高压区大幅减小,喷管侧向力减小,矢量角放大系数下降。

超音速分离线喷管大摆角状态下化学烧蚀动态仿真

针对超音速分离线喷管大摆角状态下化学烧蚀导致的壁面退移,基于动网格技术建立了相应的动态仿真模型,实现了对不同燃烧室条件下喷管化学烧蚀率的预示。初步稳态计算得到喉部烧蚀率为0.048 6 mm/s,高出试验结果5.67%,验证了仿真设置的合理性。以此状态结果为瞬态计算的初场,进行相应的化学烧蚀动态仿真计算。该喷管的矢量角放大系数在0.5 s仿真时间内因壁面退移减小了0.42%,对称面下侧分离线结构附近因燃气流动受阻成为喷管烧蚀最严重的位置,烧蚀率为0.074 5 mm/s。增大燃烧室压强或温度,会导致同周向位置的分离线后侧与前侧壁面烧蚀率比值减小。对于分离线附近型面变化较小处,压强5.5 MPa增加到7.5 MPa,该比值减小了10%,温度3200 K增加到3600 K减小了15%。

超音速分离线喷管推力效率影响因素的数值研究

超音速分离线喷管作为一种新型可动喷管,在机械结构、流场分布、推力性能等方面具有不同于传统可动喷管的特点。由于具有偏转放大效应特点,在执行矢量控制时超音速分离线喷管性能较明显优于传统喷管。为了讨论其推力效率受不同因素影响的变化规律及作用机理,对不同摆角下超音速分离线喷管受不同因素影响的内流场开展数值仿真研究。结果表明:在给定的设计参数下,分离线间隙尺寸的增大对推力效率具有减益性,超音速分离线喷管在执行矢量控制时具有较高的推力效率;同时,相较于锥形扩张段,钟形扩张段喷管有着更好的推力效率。

超音速分离线喷管内流场数值模拟

采用数值方法求解超音速分离线(SSSL)喷管内流场,研究了不同摆角对喷管流场分布的影响,对比分析超音速分离线与亚音速分离线喷管的轴向推力、径向推力及偏转放大因子随喷管摆角的变化规律,为超音速分离线喷管的设计研究提供理论参考。计算结果表明,摆动对超音速分离线喷管内流场影响显著,随着摆角的增大,内流场的非对称性和激波强度均增加;在相同摆管的轴向力分力略有减小,而径向分力则呈现增大的趋势;超音速分离线喷管与亚音速分离线喷管的径向分力比值,即偏转放大因子则随喷管摆角呈先增大、后减小的变化规律,本算例中的最佳放大因子1.36,对应的喷管摆角为2.5°;另外,随着摆角增大,超音速分离线喷管内流场Al2O3粒子分布的非对称特性也逐渐加强,活动体小端局部范围粒子浓度显著增大。

超音速分离线喷管研究进展

超音速分离线喷管技术在结构紧凑性、减轻消极质量、降低伺服力矩、偏转放大效应和降低研制成本等方面具有显著优势,有广泛的应用前景,高性能轻质小力矩超音速分离线球窝喷管成为当前喷管技术的重要研究方向。对该摆动喷管技术的研究进展进行了归纳分析,探讨了偏转放大效应评价指标、性能评估和分离线结构优化等需要进一步深入研究的问题,并建议通过理论分析和试验验证提出侧向力预估模型,以期为超音速分离线矢量喷管的研究工作提供思路和参考。

影响超音速分离线喷管流动特性因素的数值研究

超音速分离线(SSSL)喷管技术是一种有着良好应用前景的推力矢量技术。由于其结构设计的特点,SSSL喷管在减轻喷管消极质量、结构布局、放大偏转矢量角等方面有着较为明显的优势,并且SSSL喷管内流场的流动特性与传统喷管有显著差异。为研究其流动特性、分析不同因素对内流场流动的影响,文中采用数值仿真的方法,对超音速分离线喷管在不同设计参数下不同摆角的内流场进行计算研究。结果表明:在合理的设计参数范围内,超音速分离线喷管具有偏转放大效应;摆角在0°至5°范围内时,轴向推力系数和侧向推力系数随着摆角的增大而减小;喷管扩张段扩张半角越大,偏转放大效应越好;分离线处扩张比越大,偏转放大效应越好。