直升机红外抑制器引射喷管构型和壁面冷却研究

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1、中图分类号：V231.1论文编号：102870218-S054学科分类号：082502硕士学位论文直升机红外抑制器引射喷管构型和壁面冷却研究研究生姓名吴楠学科、专业航空宇航推进理论与工程研究方向传热传质指导教师张靖周教授南京航空航天大学研究生院能源与动力学院二О一八年三月NanjingUniversityofAeronauticsandAstronauticsTheGraduateSchoolCollegeofEnergyandPowerEngineeringResearchonEjectorNozzleandWallCooli

2、ngofHelicopterInfraredSuppressorAThesisinAerospacePropulsionTheoryandEngineeringbyWuNanAdvisedbyProfessorZhangJingzhouSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofPhilosophyMarch,2018南京航空航天大学硕士学位论文摘要直升机发动机排气系统的热部件和排气尾焰是红外探测和制导的主要跟踪目标，使用红外抑制器是减少

3、红外辐射的一个有效方法。波瓣引射式排气喷管红外抑制器是一种先进的结构，其利用发动机排气动能抽吸环境中冷气与热喷流掺混进行冷却，主要对抗3~5μm波段的红外探测。为进一步提升其性能，本文开展了波瓣构型对短突扩波瓣引射混合能力的影响及通气猫耳对混合管壁面冷却的影响的研究。本文主要包括以下研究内容：首先，开展了对于红外抑制器缩比模型的壁面冷却实验研究，分析了冷却气流不同质量流量及不同猫耳进气宽高比对壁面冷却的影响。结果表明，随着冷却气流质量流量的增加，在3种猫耳进气宽高比下混合管温度均降低。沿流向，温度随着宽高比的增加逐渐升高，宽高比

4、为2时温度最低；沿展向，温度随着宽高比的增加逐渐降低，宽高比为2时温度最高。这是因为，随着猫耳进气宽高比的增加，冷却气流进入混合管时入射角降低，气膜向主流的穿透增强，气膜贴壁效果减弱，不利于冷却气流沿流向的铺展，有利于冷却气流在猫耳宽度方向的铺展。其次，针对短突扩波瓣混合器的流动进行了数值研究，获得了流动分离与波瓣扩张角的关系，以及波瓣尾缘斜切对其引射效果及总压恢复系数的影响。结果表明，波瓣瓣角50°时，波瓣混合器内部出现明显的流动分离现象。对于瓣角为40°和45°的波瓣混合器而言，引射系数和总压恢复系数均随着瓣尾缘斜切角度的增

5、加而增大。对于瓣角50°的波瓣混合器而言，引射系数和总压恢复系数均随着瓣尾缘斜切角度的增加呈现出先增后减的趋势。对于短突扩波瓣混合器而言，不论其波瓣多大，瓣尾缘斜切处理后，引射系数和总压恢复系数均比原始混合器出现不同程度的增加。最后，针对波瓣引射式排气混合管的结构特点，提出了弯曲混合管猫耳进气气膜冷却结构，并对其进行了数值研究。结果表明:(1)单排通气猫耳时，随着冷却气流质量流量的增加，所有探测角度的气体和总体红外辐射强度均逐渐减小，总体红外辐射降低的幅度更为明显；外通气猫耳位于混合管底部时水平和竖直方向总体红外辐射强度最低，混

6、合管侧面布外通气猫耳次之，混合管侧面布内通气猫耳最高；在冷却气流质量流量相同时，遮挡罩间距为p=50mm时红外辐射强度最小。(2)多排通气猫耳时，排布方式为7×4时的红外抑制器总红外辐射强度最低；在冷却气流质量流量较低时，随着猫耳高度s的增加，水平方向红外辐射强度先增后减，竖直方向s=10mm时红外辐射强度最不均匀然后逐渐降低，在冷却质量流量为0.0984kg/s时，猫耳高度为20mm时红外辐射强度较低；宽高比A=18时的红外抑制器总红外辐射强度最低。关键词：直升机，波瓣引射混合器，弯曲混合管，红外辐射，通气猫耳I直升机红外抑制

7、器引射喷管构型和壁面冷却研究ABSTRACTThethermalcomponentsandexhaustplumeofhelicopterengineexhaustsystemarethemaintrackingtargetsfortheinfrareddetectionandguidance.Infraredsuppressorisaneffectivewaytoreduceinfraredradiation.Thelobedmixer-ejectorinfraredsuppressorisanadvancedconfigur

8、ation,whichuseskineticenergyofengineexhausttopumpandmixtheambientair,mainlyagainsttheinfrareddetectioninthe3~5μmband.Inordertoimpro