引气位置对旁路式二元激波矢量喷管性能影响

流体推力矢量技术可为超声速无尾布局提供良好的隐身性能与纵向操纵力矩,具有响应快、质量小等优势。旁路式激波矢量喷管无须从发动机引气,克服了为增加矢量角而增加发动机引气流量的问题,可降低发动机的负担。开展了引气位置对旁路式二元激波矢量喷管矢量性能影响研究,为加深对此种喷管性能理解以及将其实用化打下基础。结果表明:喉道引气喷管兼具激波矢量和喉道偏斜法的特征,入口引气喷管在过膨胀状态下性能更好,喉道引气喷管在欠膨胀状态下更有优势。射流后的分离模式显著影响喷管矢量性能,闭式分离使喷管矢量性能下降明显,喉道引气喷管矢量性能突变对应的落压比小于入口引气喷管。实际应用中,应避免分离模式由开式分离转为闭式分离,根据不同膨胀状态搭配不同的旁路式引气方式能够最大化旁路式二元激波矢量喷管性能。

振荡射流控制方法在无舵面飞行控制中的应用

利用射流主动流动控制方法,飞行器无舵面飞行控制技术取消了传统的机械舵面,具有附加重量小、控制性能优异等优点,适合隐形设计。本文针对现有定常射流控制方法控制效率较低、耗气量大等问题,介绍了振荡射流在无舵面飞行控制中的应用,概述了2项无舵面飞行控制技术——环量控制技术和流体推力矢量技术——的研究现状,讨论了振荡射流在扩大控制区域、增强掺混和频率调节方面的机理和优势。从环量控制和流体推力矢量2个角度出发,详细介绍了振荡射流在无舵面飞行控制中的应用机理和优异表现。

基于双级二次流射流的流体推力矢量偏转控制

为了在单级射流流体推力矢量控制基础上获得更大的流体矢量偏转角,提出一种基于双级二次流射流的流体式推力矢量喷管,利用双级二次流造成的压强差使主流在第一次偏转的基础上再次发生偏转。采用CFD仿真确定模型二次流管道开口大小及入射角度,通过仿真、烟流显示及测压实验分析单级二次流射流、双级二次流射流控制状态下主流矢量偏转对应的流动控制机制,并通过后期处理得到流动控制规律。结果表明:通过双级二次流作用可以使主流产生两次偏转,从而显著增大主流矢量偏转角度;当两级二次流控制缝输出流量与主流体积流量比均为0.021时,可以获得12.5°的最大向上主流矢量偏转角。

振荡射流气动矢量喷管参数影响特性的试验研究

基于康达效应的同向流矢量技术控制效率高、推力损失低,具备提高飞行器隐身性能的巨大潜力。为了探究马赫数Ma 0.35主流下二次流类型、二次流阵列个数、康达壁面半径R和终止角θ等参数对同向流矢量控制的影响,利用天平研究了9种不同的喷管模型的力学特性,获得矢量偏转力随次主质量流量比变化的控制规律。结果表明,主喷管高和康达壁面半径的比值H/R是对矢量偏转效率和控制稳定性最重要的因素,H/R越低,控制效率越高,控制曲线线性度越高;使用三个振荡射流阵列作为二次流的条件下,H/R从0.5减小到0.43,控制效率提高近49%,与使用定常射流相比,使用振荡射流作为二次流,显著提高了控制效率,增强了控制稳定性;对比分析显示,使用两个或三个振荡二次流阵列、H/R为0.43且θ为90°时,矢量控制效果最好。进一步地研究表明,H/R和θ对矢量控制效率的影响最大,而θ对控制曲线线性度几乎没有影响,本文研究还发现二次流阵列个数低于两个或H/R高于0.6时,控制特性急剧恶化。本文研究可为同向流矢量喷管的工程设计提供理论支撑。

基于激波控制的流体推力矢量喷管试验

以二元收扩喷管为对象,开展了基于二次流喷射的流体推力矢量技术研究。基于试验研究,得到了不同喷管落压比、不同的二次流总压比和不同的二次流喷射角度多种工况下的喷管上下壁面中心线压力分布规律以及喷管壁面油流分布图。通过对不同工况下参数变化规律分析,给出了基于二次流喷射的流体推力矢量喷管的主次流气动参数及几何参数对流体推力矢量喷管流场结构和性能影响的关联关系。从试验和分析结果可以看出,喷管落压比、二次流总压比和二次流喷射角度等喷管的主次流气动几何参数对基于流体推力矢量喷管参数变化有明显的影响。

流体喉部喷管二次流矢量控制方案

针对结合了二次流矢量控制的固体火箭发动机流体喉部喷管进行了研究.通过数值模拟着重分析了同时存在推力大小调节和方向改变的工况,即喷管喉部和扩张段上同时存在二次流时的情况.比较了典型的9种二次流喷射方案喉部控制性能和推力矢量性能,并讨论了喉部存在二次流时对下游二次流矢量控制的影响.方案的比较结果为实际设计、方案选型提供了参考.

射流角度对平板横向射流的影响

采用数值和试验方法研究了射流角度对平板横向射流流动结构和工作特性的影响,将得出的规律应用于射流控制矢量喷管上.在小型风洞试验台上进行试验,用纹影方法来观察实验模型的流场结构,通过静压测点来测量实验模型的壁面压力.研究结果表明:数值与试验结果吻合较好;对平板横向射流,增大射流角度能增大射流上游的分离区,弓形激波位置更靠前,角度增加到一定大小,流场结构变化不再明显;对射流控制矢量喷管进行数值模拟得出,增大射流角度能有效提高喷管的推力矢量性能,在NPR为4.6,SPR为0.7条件下,射流角度从90°增加到130°,推力矢量性能提高28.3%.

二元喉道倾斜矢量喷管的数值模拟

利用数值模拟方法,对二元喉道倾斜矢量喷管进行了研究.研究了喉道单侧注气、扩张段辅助注气对喷管流场和性能的影响.研究结果表明:喉道单侧注气可以产生不对称的流动,产生矢量推力,但是推力矢量效率较低;扩张段辅助注气可以显著提高喷管的推力矢量性能;只有注气流量比较大时,才会出现典型的"喉道倾斜"现象;但是推力矢量控制效率最高的区域并不是出现在"喉道倾斜"之后,而是出现在弓形激波位置逐渐前移、扩张段注气口上游亚音速区域不断扩大的过程中.

逆流推力矢量喷管基本流动特征的数值研究

利用数值模拟的方法,通过对逆流方案中喷管气动性能的研究验证了逆流推力矢量方案的可行性。在非矢量状态下主喷管出口截面上的流量系数和推力系数分别达到99.2%和98.8%;矢量化状态下最大推力矢量角超过了20°,而推力系数与非矢量状态下的比较下降不超过3.7%,且最大抽吸二次流量比仅为2.1%。此外,对该方案中一些基本的流动特征进行了分析,得到了抽吸二次流量比与推力矢量角的变化关系所揭示的流场结构,并对此进行了详细解释,同时揭示了逆流剪切层强烈的湍动特性和大涡结构的特点。

二元喷管流体矢量控制方案数值研究

采用基于雷诺平均的三维N-S方程和RNGk-ε湍流模型对两种流体注入方式下的某型二元收敛-扩散喷管全流场进行了数值模拟.计算结果表明:在激波诱导和喉道倾斜矢量控制方案下,扩散段射流位置对喷管矢量效率的影响趋势是一致的,射流位置越靠近喷口,喷管获得的矢量角越大.相同射流流量在同一位置注入时,由于喉道倾斜方案下的喷管主流可以实现亚声速偏转,所以其总压损失较激波诱导方案要小.

激波矢量控制喷管性能分析与结构优化设计

采用试验设计方法进行激波矢量控制喷管气动性能数值分析与优化设计,综合研究了二次流几何参数对二元收扩喷管气动性能的影响.基于超拉丁立方设计方法得到喷管二次流参数近似拟合模型和最优解区域,并利用多岛遗传算法寻找最优解.研究的设计参数包括二次流口距离、二次流口宽度及二次流长度.数值仿真结果表明,二次流口距离对矢量偏转角的影响最大,二次流口宽度次之,二次流长度对矢量偏转角的影响最小.

双喉道射流推力矢量喷管的数值模拟研究

文章利用数值模拟手段,对双喉道射流推力矢量喷管展开研究,探讨了双喉道喷管产生推力矢量的原理,通过与实验的比较,验证了采用数值算法进行射流推力矢量研究的可行性,并在多个主喷流压比NPR=2、4、7下,系统考察了次流注入角度、空腔收敛角、上游喉道高度等喷管设计参数对其性能的影响,利用这些设计变量的参数化研究得出的规律,确定了一个相对较优的双喉道喷管参数组合方案:l=2.6hdt,hut=0.96hdt,1θ=10°,2θ=40°,=130,°在NPR=4,3%次流注入量时,该方案喷管产生的推力矢量偏角是14.65,°矢量效率是98.85%。

激波诱导矢量喷管动态数值模拟

对一二元收扩激波诱导矢量喷管进行了二维动态数值模拟,研究了不同落压比、不同次流加速时间下,喷管气动特性和流场结构随次流增加的变化规律。结果表明:喷管在过膨胀状态下,次流流量达到一定值时,其推力会有较强的振荡;在完全膨胀和欠膨胀状态下,振荡较小。其原因是,次流增加过程中,喷管出口附近有复杂波系存在和回流产生,而回流对提高推力和增加矢量角有益。

基于射流飞控技术的无操纵面飞行器研究进展

无操纵面飞行器又称无副翼、无襟翼或是全无舵飞行器,其原理是采用流动控制技术产生“虚拟舵面”效应,取代副翼、方向舵及升降舵等操纵面。采用射流飞行控制技术可以减轻飞行器的自身重量,使飞行器升阻比更高,气动性能、隐身性更好。本文综述了无操纵面飞行器的国内外发展现状,概述了通过环量控制实现流体飞控的方法,详述了采用后缘吹气和实现无操纵面飞行的实施原理,介绍了最新进展,最后总结了无操纵面飞行器存在的问题和未来发展。

流体推力矢量技术的应用验证研究进展

流体推力矢量(fluidic thrust vectoring,FTV)技术是利用二次流诱导主流偏转、实现推力转向的新型流动控制技术。概述了FTV技术的空气动力学原理,详细综述了FTV技术的应用验证研究进展,对FTV技术未来发展提出了几点建议:开展FTV喷管几何参数的精细化设计以实现高效可靠的推力矢量控制;通过不同层次的系统集成验证加速推动FTV技术的工程应用;探索环量控制机翼(circulation control wing,CCW)和FTV协同控制完全替代活动舵面的最优方案。

流体二次喷射推力矢量控制技术研究进展

介绍了流体二次喷射推力矢量原理,对该领域主要的涡流阀、激波诱导和喉部喷射三种技术的研究进展进行了归纳分析。其中,涡流阀和激波诱导技术均进行了原理性点火试车,获得了较好的控制效果,奠定了工程应用基础;喉部喷射技术也完成了冷流试验,获得了推力控制调节的特性和基本规律,具有较高的研究价值。然而,各种流体二次喷射推力矢量控制技术离工程实际应用还存在一定差距。最后,对固体火箭发动机的流体二次喷射推力矢量控制技术研究需重点关注的问题提出了建议,以期为后续研究工作提供一定的借鉴和参考。

基于被动二次流的射流偏转比例控制

射流偏转比例控制一直是流体式推力矢量（FTV）技术所追求的目标之一。本文研制了一种二元流体式推力矢量喷管,采用能量消耗极小的被动二次流与Conada壁面相结合的方式对低速主射流进行矢量偏转控制,通过改变喷管控制缝入口面积实现了主射流偏转的连续比例控制。对低速主射流两侧控制缝压力和射流偏转角进行测量,获得了主射流偏转角随两侧控制缝压力差系数变化的控制规律曲线。结果表明：低速主射流最大偏转角达到19°,在偏转范围内控制曲线分为敏感区和迟钝区。敏感区的控制曲线近似线性,斜率较大,范围约为±15°;而迟钝区的控制曲线斜率较小,在两侧15°~19°的范围内。该结果证实了主射流两侧的压力差是造成其偏转的直接原因。