收擴(kuò)噴管擴(kuò)張段氣膜冷卻特性研究.pdf

1、隨著航空技術(shù)的迅猛發(fā)展，人們對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)效率和推重比的提升有了更高的要求。提高航空發(fā)動(dòng)機(jī)性能的一個(gè)途徑就是提高渦輪前燃?xì)膺M(jìn)口溫度，這就造成發(fā)動(dòng)機(jī)尾排氣噴管熱負(fù)荷大幅增加，發(fā)動(dòng)機(jī)排氣噴管紅外輻射由此增強(qiáng)，尤其是在發(fā)動(dòng)機(jī)加力狀態(tài)下。對(duì)排氣噴管最有效的紅外抑制方式之一就是降低其表面溫度，特別是對(duì)噴管擴(kuò)張段壁面的強(qiáng)化冷卻。本文針對(duì)收擴(kuò)噴管擴(kuò)張段壁面，開(kāi)展了超聲速主流條件下的氣膜冷卻特性數(shù)值研究工作。
　　首先，本文采用Fluent軟件對(duì)不

2、同氣動(dòng)參數(shù)下的二維平行縫槽超聲速流動(dòng)和氣膜冷卻特性進(jìn)行數(shù)值模擬，得出了以下主要結(jié)論：不管主流是亞聲速流還是超聲速流，冷卻流為超聲速時(shí)的氣膜冷卻效果要好于冷卻流為亞聲速流時(shí)的冷卻效果；主流為亞聲速，冷卻流為超聲速流動(dòng)的時(shí)候，因?yàn)榇瘟魅肷鋭?dòng)量大、與主流摻混時(shí)間相對(duì)短，能夠在氣膜狹縫下游較長(zhǎng)距離形成氣膜，冷卻效率最高可比冷卻流為亞聲速時(shí)高45％。
　　其次，對(duì)收擴(kuò)噴管擴(kuò)張段開(kāi)展了氣膜冷卻特性數(shù)值模擬，得出了以下主要結(jié)論：次流流量較小時(shí)，

3、隨著氣膜孔傾角的增加，氣膜冷卻效率會(huì)稍有降低；次流流量較大時(shí)，隨著氣膜孔傾角的增加，氣膜冷卻效率下降幅度較大，并且每個(gè)氣膜孔下游的冷卻效率曲線出現(xiàn)先下降后上升再下降的變化趨勢(shì)，這是因?yàn)闅饽こ隽鲿?huì)出現(xiàn)先脫離邊界層然后再附的趨勢(shì)；氣膜孔角度和冷卻氣流流量的增加導(dǎo)致氣膜冷卻效率降低，這是因?yàn)闅饽ど淞鞣ㄏ騽?dòng)量增加使得氣膜對(duì)主流的穿透能力增強(qiáng)，氣膜孔下游形成的對(duì)轉(zhuǎn)渦對(duì)強(qiáng)度和作用范圍增強(qiáng)，對(duì)轉(zhuǎn)渦對(duì)卷吸主流進(jìn)入氣膜層；對(duì)于主流溫度為1160K的收擴(kuò)噴

4、管，利用氣膜冷卻方式可將擴(kuò)張段壁面的平均溫度降低到808K，而次流的流量?jī)H占主流流量的0.2%。
　　最后，對(duì)收擴(kuò)噴管擴(kuò)張段開(kāi)展了沖擊+氣膜的冷卻特性數(shù)值模擬，得出了以下主要結(jié)論：超聲速噴管在氣膜射流作用下，附面層的抬升使得噴管擴(kuò)張段上游和下游都產(chǎn)生了斜激波，對(duì)氣膜冷卻有影響；次流進(jìn)口壓力增加，氣膜孔出流流量有顯著的提升；氣膜孔和沖擊孔的間距減小，次流質(zhì)量流量減少；在本文最小排列間距和最大引氣壓力的條件下，次流引氣量為5.087