不同入口马赫数对超燃冲压发动机尾喷管的性能影响研究

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1、第37卷第3期2011年6月火箭推进JOURNALOFROCKETPROPULSIONV01．37．No．3Jun．2011不同入口马赫数对超燃冲压发动机尾喷管的性能影响研究文科，李旭昌，马岑睿，马海英，宋亚飞(空军工程大学导弹学院，陕西三原713800)摘要：针对采用多目标优化方法设计的超声速燃烧冲压发动机非对称喷管，采用RNGk-s湍流模型和有限体积方法数值求解有组分的守恒形式Navier—Stokes方程，数值模拟喷管不同入口马赫数条件下的喷管流场和性能。计算结果表明：喷管入口马赫数的变化会对喷管内流参数带来一定影响，导致喷管的推力和

2、升力同时增大或减小，飞行器的配平性能可能会受到一定影响。关键词：超燃冲压发动机；非对称喷管；喷管入口马赫数；数值模拟中图分类号：V235—34文献标识码：A文章编号：1672—9374(2011)03—0018-04InfluenceofnozzleinletMachnumberonperformanceofscramjetnozzleWENKe，LIXu—chang，MACen—rui，MAHai—ying，SONGYa-fei(MissileInstitute，AirForceEngineeringUniversity，Sanyuan7

3、13800，China)Abstract：TheRNGk-eturbulencemodelsandfinitevolumemethodwereusedtosolvethecon—servativeReynolds--averagedNavier--Stokesequationsandsimulatetheflowfieldandperformanceofthescramjetasymmetricramp—nozzledesignedwithmulti-targetoptimizationmethod．Thecharacter—isticso

4、fthenozzlewerenumericallystudiedundertheconditionofvariousnozzleinletMachnum—ber．ThesimulationresultshowsthatthevariationofthenozzleinletMachnumbermayinfluencetheinternalflowparameterofthenozzle．theincreasedorreducedinletMachnumberleadstoupordowninthrustandliftforcesimulta

5、neously，andmaybeaffectsthestabilizationofhypersonicairve—hicle．Keywords：scramjet；asymmetricramp-nozzle；nozzleinletMachnumber；numericalsimulation收稿日期：2011-01—04：修回日期：2011-01—28作者简介：文科(1987一)，男，硕士，研究领域为发动机内流场仿真与计算第37卷第3期文科，等：不同人口马赫数对超燃冲压发动机尾喷管的性能影响研究190引言以超燃发动机为动力的吸气式高超声速飞行器

6、往往需要跨大马赫数范围飞行，工况变化范围很大，喷管的膨胀比极高，通常采用机体／推进一体化设计。此时，飞行器后体壁面作为超燃冲压发动机的外喷管膨胀面来使用，形成非对称喷管。尾喷管是超燃冲压发动机产生推力的主要部件，如在飞行马赫数Ma=6时，尾喷管产生的推力可达到发动机总推力的70％左右[11。尾喷管的性能既取决于其几何构型，又取决于沿飞行轨道的Ma、动压、飞行攻角、进气道和燃烧室性能等，对尾喷管性能的影响规律研究已成为超燃冲压发动机领域的重要研究方向。文献[2—7]分别研究了SERN的主要几何参数、化学非平衡、热非平衡、湍流模型、壁面催化、静

7、压比以及外流对其流场和性能的影响。由于喷管入口截面之前流场的不确定影响因素非常多，必然引起入口截面流体状态参数的变化，本文初步研究了不同人口马赫数对超燃冲压发动机尾喷管的性能影响规律。1物理模型与计算模型1．1物理模型本文计算的物理模型采用的是文献[8]中采用多目标优化方法设计的超声速燃烧冲压发动机尾喷管，设计状态下的飞行高度为25km，飞行马赫数为6，喷管入口静压为1．2795x105Pa，人口马赫数为1．543，总温2000K。喷管型面如图1所示，以喷管型线的起始点为坐标原点，主流的流动方向为茄的正方向，垂直于主流指向尾喷管面罩的方向为

8、正方向。图2为尾喷管计算网格，对壁面以及流动参数变化剧烈的地方采用边界层网格和网格局部进行加密，网格总数62820。1．2数值计算方法参考文献4和9分别验证了Fluent软件用于