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非对称大膨胀比喷管设计及性能分析

张艳慧  
【摘要】: 本文首先根据短喷管理论,获得了二维短喷管设计程序。该方法能够直接针对非对称喷管构型进行设计,在给定喷管进口参数和喷管出口背压的条件下,可以获得一系列不同型面的喷管。喷管下壁面(唇口)与上壁面(膨胀楔面)的长度比可以从0变到1,主要由几何控制参数和喷管进口气流方向角来控制。鉴于出口气流水平均匀的理想喷管实际长度太长,本文研究了截短理想喷管的设计。在此基础上,对短喷管和最大推力Rao喷管进行了性能比较研究,结果表明短喷管的性能要优于最大推力Rao喷管。 其次,本文对短喷管进行了详细的二维流场计算研究,分别讨论了截短比例、几何控制参数G、初始膨胀角、比热容比对截短喷管性能的影响。最后,本文还对短喷管进行了三维流场计算研究,讨论了不同侧壁对喷管性能的影响。上述这些工作为超燃冲压发动机非对称大膨胀比喷管的设计提供了参考。 通过对短喷管的数值研究,本文主要得出了以下结论: (1)在设计状态,几何控制参数G对喷管推力影响较小,但是对升力和俯仰力矩有显著影响。在过膨胀较严重时,几何控制参数G对喷管推力有明显的影响,此时,G=0的喷管推力性能最好。 (2)对于处于欠膨胀的截短喷管,随着截短比例的增加,推力明显下降,升力和俯仰力矩急剧下降;当截短比例到达一定程度时,升力出现负值。 (3)对于处于欠膨胀的截短理想喷管,长度一定时,增大初始膨胀角、减小比热容比,都使推力增加;但是出口富裕冲量先增加后减小。 (4)三维流场计算表明,不同的侧板、不同的侧壁扩张角、不同的比热容比对喷管的推力有明显的影响;对升力和俯仰力矩影响显著。


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