引射冷却系统设计与数值模拟

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1、第36卷第6期2010年12月火箭推进JOURNALOFROCKETPROPULSIONV01．36．№．6Dec．2010引射冷却系统设计与数值模拟杨振鹏(西安航天动力研究所。陕西西安710100)摘要：采用复合可压流法和考虑粘性影响的一维流法设计了满足最大次流流量的引射喷管冷却结构，并采用Delphi语言开发了具有友好人机界面的设计应用软件，对引射喷管抽吸特性规律进行了研究，利用Fluent商用软件进行了设计引射喷管结构的数值模拟，验证了计算方法的有效性。关键词：引射喷管；复合可压流法；粘性影响；数值模拟中图分类号：0354—

2、34文献标识码：A文章编号：1672—9374(2010)06—0011—05DesignandnumericalsimulationofcoolingejectorsystemYANGZhen—peng(Xi’anAerospacePropulsioninstitute，Xi’an710100，China)Abstraot：Acoolingejectorsystemthathasthemaximumsecondaryfluxwasdesignedwithacompositecompressibleflowmethodandvis

3、cidone-dimensionalflowmethodwhichconsiderstheeffectofviscidity．Adesignsoftwarewithman-machinefriendinterfacewasdevelopedwithDelphicoolinglanguage．Thepumpcharacteristicsofejectornozzlewasinvestigatedbythenumericalsimu-lation．NumericalsimulationofthedesignedstructurebyF

4、luentdemonstratesthatthemethodisef-fective．Keywords：ejectornozzle；acomplexcompressiblemethod；viscideffect；numericalsimulationO引言现代战争中，利用红外特征信号进行目标识别与跟踪已相当普遍。对于从飞机后向或侧向攻击的红外制导导弹来说，飞机发动机热部件及尾喷流辐射是主要的红外跟踪目标。为了实现作战飞机的高机动性和低可探测性，在设计中需要综合考虑推进系统性能和红外隐身特性的优劣，即在满足喷管推力特性需要的同时，尽

5、可能降低喷管壁面温度。本文以降低喷管壁温和尾流红外辐射为目标，设计引射喷管冷却系统。该系统采用辅助进气方式进气，冷却气流从飞机机身上专门开设的收稿日期：2010—08—13；修回日期：2010-09—16基金项目：中国航天科技集团公司支撑项目作者简介：杨振鹏(1984一)，男，硕士，研究领域为冲压发动机燃烧室设计12火箭推进2010年12月进气口引入，从发动机短舱中通过，冷却气流被隔热屏分成两股，一股内层冷却气流，主要冷却发动机壁面；另一股外层冷却气流，主要冷却飞机结构和导风罩，经过引射喷管排出机外。设计目标是尽可能利用主流喷管抽

6、吸作用达到最大的次流引射流量，从而进行喷管壁冷却和降低喷流辐射。1设计方法1．1计算方法引射喷管数值计算方法主要有一维复合可压流法1¨、考虑粘性影响修正的一维流法12J和特征线法131。为研究各种主流落压比下引射喷管的抽吸特性规律，本文结合复合可压流法、考虑粘性影响的一维流法以及引射器的设计方法，采用Del—phi语言设计出可计算发动机各种工况下引射喷管抽吸特陛的设计软件。具体的设计方法参考文献【4】，软件输入参数及其意义见图l，方法1为复合可压流法；方法2为考虑粘性影响的一维流法。方法1和2以主喷管出口气流恰好是音速时对应的主喷

7、流落压比为分界，在低于临界主流落压比下采用方法l，高于主流落压比下采用方法2。图1设计软件界面Fig．1Interfaceofdesigned．Q,oftwal'eP十／p。图2计算与实验结果比较Fig．2Comparisonofcalculatedandexperimentalresults2结构设计及分析对某型无人机在不同的高度、马赫数以及发动机转速的飞行t况下，用本算法进行冷却结构的设计，得到引射喷管抽吸特性的普遍规律。为排气系统设计奠定基础。2．1不同的飞行高度图3是飞行马赫数0．6、转速0．95、次流总压恢复系数0．85

8、时，不同飞行高度下，相对流量随面积比的变化规律。随着高度的增加，相对流量下降，喷管的抽吸性能降低。图3流量随面积在不同高度下变化规律Fig．3Variationofflowwithal'eaaidifferentaltitudes1．2算法验证为验