艦船排氣紅外抑制多級(jí)引射及煙羽輻射研究.pdf

1、上海交通大學(xué)博士學(xué)位論文摘要艦船排氣紅外抑制多級(jí)引射及煙羽輻射研究摘要為了提高艦船防御紅外制導(dǎo)武器攻擊的能力，必須設(shè)法抑制艦船的紅外輻射。艦卜特征抑制的首要目標(biāo)是抑制高強(qiáng)度的中紅外熱輻射源，即艦船排氣輻射。因此，深入研究艦船排氣系統(tǒng)采用紅外抑制裝置后的流動(dòng)換熱規(guī)律進(jìn)而預(yù)測(cè)其紅外輻射特，并為艦船排氣系統(tǒng)紅外抑制裝置的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供依據(jù)等等研究工作就顯這些研究能為我國(guó)軍艦裝備設(shè)計(jì)提供依據(jù)，在國(guó)防建設(shè)上具有重要意義性要本文在分析國(guó)內(nèi)外關(guān)于艦船排

2、氣系統(tǒng)紅外抑制研究成果的基礎(chǔ)上，采用理論分析和實(shí)驗(yàn)研究相結(jié)合的方法，以引射器擴(kuò)壓器型的艦船排氣紅外抑制裝置為研究對(duì)象，主要做了以下三個(gè)方面的工作:1.多級(jí)引射實(shí)驗(yàn)研究和艦船排氣紅外抑制裝置模型的實(shí)驗(yàn)測(cè)f.體引射裝置被廣泛地應(yīng)用于抑制排氣噪聲、抑制熱動(dòng)力裝置的紅外輻射、增加目的。在艦船排氣紅外抑制裝置中采用多級(jí)氣體引射，借助主流的動(dòng)能泵吸周圍環(huán)境中具有較低溫度的空氣，使主流與被引射的環(huán)境空氣在管內(nèi)擻昆，從而降低主流溫度以及管璧溫度。通過(guò)引

3、射人口的特殊設(shè)計(jì)，使引射氣體在壁面附近形成氣膜，將高溫主流與壁面隔絕，從而更有效地抑制管壁面的紅外輻射。排氣引射及對(duì)排氣管壁表面的氣膜冷卻是本課題的核心。為了積累更多的基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)資料，作者根據(jù)紅外抑制裝置常用的幾何結(jié)構(gòu)形式和參數(shù)設(shè)計(jì)構(gòu)建了多級(jí)擴(kuò)壓環(huán)型氣體引射實(shí)驗(yàn)臺(tái)，采用Streamline恒溫?zé)峋€風(fēng)速儀在冷態(tài)工況下測(cè)定了引射流量、各級(jí)擴(kuò)壓環(huán)引射入口處沿主流方向的時(shí)均速度分量隨主流流量、各級(jí)擴(kuò)壓環(huán)的相對(duì)位置和幾何尺寸的變化規(guī)律。作者參與了

4、熱態(tài)條件下艦船排氣紅外抑制裝置的模型實(shí)驗(yàn)測(cè)量。該實(shí)驗(yàn)獲得了不同工況時(shí)紅外抑制裝置模型的熱力與氣動(dòng)參數(shù)，以及測(cè)量月標(biāo)(指排氣尾流煙羽和排氣管內(nèi)外壁面)和背景的輻射溫度分布及輻射強(qiáng)度分布f2.引射器擴(kuò)壓器型艦船排氣紅外抑制裝置內(nèi)流動(dòng)傳熱過(guò)程的數(shù)值計(jì)算。儷船排氣紅外抑制計(jì)算分析給出的最終結(jié)果是給定頻率范圍內(nèi)的紅外輻射能量分私其中的關(guān)鍵是流動(dòng)計(jì)算，在引射擴(kuò)壓系統(tǒng)給定的主流條件、幾何條件和邊界上海交通大學(xué)博士學(xué)位論文摘要THESTUDYONTHE

5、PLUMERADIATIONANDIRSSOFAMARINEGASTURBINEEXHAUSTSYSTEMWITHMULTIRINGINJECTIONDEVICEABSTRACTForincreasingthesurvivabilityofmarineshipsexposedtotheriskofattackbyIRguidedthreats，infraredsignatureemittedbytheshipsshouldbesuppr

6、essed.Firstofall，everyattemptshouldbemadetosuppresstheIRsignaturesgivenoffbytheexhaustuptakesandtheexhaustplumesofmarinegasturbines，whicharemajorsourcesofIRradiation.Itisimportantandnecessarytostudytheflowandheattransfer

7、withinthe1RSSdevice，whichcontributestotheNationalDefenceconstruction.inthepresentthesis，theflowandthermalfieldsassociatedwiththecoolingairinjectiondeviceandinfraredradiationoftheexhaustplumewerestudiednumericallyandexper

8、imentally，Theresearchworkincludesthreepartslistedasfolows:I.ExperimentalmeasurementsofmultiringentrainedfluxandtheaerothermalparametersofIRSSdevicemodelCoolingairinjectiondeviceiswidelyusedforthesuppressionofthenoisebyex

9、haustgas，infraredsignaturesbypowerinstallations，andtheaugmentationofpropulsionetc..FortheIRSSdeviceofamarinegasturbineexhaustsystem，theambientairisinducedtoflowinthroughthemultiplestagescooling碗gapswhicharemadebyaserieso

10、foverlappingringsectionsthatmakeupthedevice.Theflowinthroughthegapsprovidesthefilmcoolinglayersonthemetalsurfacesoftheexhaustduct，whichseparateshotprimaryexhauststreamfromthemetalsurfacesoftheexhaustductandmetalsurfacest

11、emperatureisreducedefectively.Thefilmcoolinglayerseventuallymixwiththeprimaryexhauststream，whichresultsinefectivecoolingoftheplume.Exhaustgasinjectionandthefilmcoolinglayersonthemetalsurfacesoftheexhaust血ctarethekeynotes

12、ofthisresearch.Inordertoaccumulatefundamentalexperimentaldata，atestconfigurationofmultiringinjectioncoolingdevicewasdesignedandconstructedinthepresentwork.ThestreamlineCFAwasadoptedtomeasuretheentrainedflux，entrainedvelo

13、cityprofilesattheentranceofsecondaryflowwithdiferentgeometryparameters.Scalemodelexperimentshavebeenconducted，atdifferentviewangelsandvariousenginepowersettings，toobtaintheaerothermalparameters.2.Numericalcalculationofth

14、eflowandthermalfieldswithintheEIDMSdeviceWhentheIRSSdeviceswork，thereexistforcedconvectionheattransferinsidetheexhaustductandfilmcoolingaswellasradiationheattransferonthemetalwallsoftheexhaustduct.Itisacomplexprocessofin