单边膨胀喷管红外辐射特性的数值模拟

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1、第31卷2010定第10期10月航空学报ACTAAER()NAUTICAETASTRONAUTICASINICAV01．3lNo．100ct．2010文章编号：1000-6893(2010)10—1919—08单边膨胀喷管红外辐射特性的数值模拟杨承宇，张靖周，单勇(南京航空航天大学能源与动力学院，江苏南京210016)NumericalSimulationonlnfraredRadiationCharacteristicsofSingleExpansionRampNozzlesYangCheng

2、yu，ZhangJingzhou，ShanYong(CollegeofEnergyandPowerEngineering，NanjingUniversityofAeronauticsandAstronautics，Nanjing210016，China)摘要：通过计算流体力学／红外辐射(CFD／IR)数值模拟的方法，研究了单边膨胀喷管(SERN)膨胀边开缝、膨胀边倾斜角度和喷管收敛通道面积比这3个结构参数对单边膨胀喷管气动性能和红外辐射特性的影响规律。模拟结果表明：单膨胀边上开缝后，红外辐射强度

3、有较为显著的下降，气动性能也得到改善；其中，xOz坐标平面尾焰红外辐射强度峰值下降26．4％，“k坐标平面尾焰红外辐射强度峰值下降25．2％，单膨胀边壁面平均温度从643K下降列335K左右；单膨胀边倾斜角度增大，使得喷管推力矢量角增大，轴向推力系数减小。对高温内壁面和喷管尾焰的遮挡效果减弱；收敛通道面积比的增大使喷管红外辐射强度降低的同时，也使喷管的推力相应减小。关键词：单边膨胀喷管；壁面冷却；气动性能；红外辐射；数值模拟中圈分类号：V231．3文献标识码：AAbstract：Basedonc

4、omputationalfluiddynamics／infraredradiation(CFDI／IR)numericalsimulationmethod。thisarticlerevealstheinfluenceofdifferentstructuresonthepneumaticandinfraredradiationcharacteristicsofasingleexpansionrampnozzle(SERN)，includinggapsontheramp，angleoftheramp

5、andarearatioofthenozzle．Theresultsshowthatinfraredradiationintensityisdecreasedobviouslyandthepneumaticperformanceisalsoimprovedwhenaseriesofgapsaremadeontheramp．Thepeakvalueofplumeinfraredradiationinten-sityisdecreasedby25．2％atthecoordinatesoftheyOz

6、planeand26．4％atthecoordinatesofthexOzplane，andtheaveragetemperatureoftherampisdecreasedfrom643Ktoabout335K．Withtheincreaseoftherampangle，thethrust—vectorangleisenlargedandtheaxialthrustratioisdecreased，andthesheltereffectoftherampontheinner-wallandpl

7、umeisweakened．Withanincreaseofthearearatio，theinfraredradiationin—tensityisdecreased，whileatthesametimethethrustoftheSERNisalsodecreased．Keywords：singleexpansionrampnozzle；wallcooling；pneumaticperformance；infraredradiation；numericalsimLJlation单边膨胀喷管(

8、SERN)因具有与飞机后机身融合、降低后体阻力和降低发动机红外辐射信号等特点而日益受到关注【l刮，目前单边膨胀喷管已在现代先进战机上(如美国X一43、X一51超声速无人机)得到了验证应用。将单边膨胀喷管排气通道设计为S弯形状，～方面可以利用其特殊的型面特征对发动机涡轮导向器等内部高温部件进行红外辐射遮挡，另一方面还可以满足其对排气系统雷达隐身的需求，从而加强了单边膨胀喷管的隐身特性。国内对单边膨胀喷管的研究主要集中在机身收稿15t期：2009·11—05；修订日期：2010-04—06通讯作者：