发动机三喷管流场和红外辐射特征数值研究

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1、第46卷第2期2014年4月南京航JournalofNanjingU空nlV航天大学学报ersityofAeronautics&Astronautics发动机三喷管流场和红外辐射特征数值研究田玉雯(江苏省航空动力系统重点实验室单勇，南京航空航天大学，南京，210016)V01．46No．2Apr．2014摘要：对火箭发动机三喷管喷流场和红外辐射特性进行了数值模拟，得到了三股燃气射流在射流起始段互相作用而产生的复杂流场特征。当射流喷出后，由于压力高于背压，气流发生膨胀，射流边界向内收缩，同时会产生压缩波以抑制因压力降低而产生过

2、膨胀现象的出现；压缩波扩展并增强为激波，随下游距离增加，膨胀波及压缩波区的尺寸和波强不断削弱。一旦射流发展至下游26倍助推级发动机排气喷管直径处，三股射流将合并成为一股射流而继续发展。三喷管排气喷流的红外辐射强度空间分布与单喷管喷流的红外辐射空间分布基本一致，但三喷管的排气喷流和内腔的总体红外辐射在水平面和铅垂面上的空间分布存在显著的差异。关键词：火箭发动机；三喷管；多股喷流流场；红外特征；数值模拟中图分类号：V231．1文献标志码：A文章编号：1005—2615(2014)02—0259—06NumericalSimula

3、tiononEngineThree-NozzleFlowFieldandInfraredRadiationTianYuwen，ShanYong(JiangsuProvinceKeyLaboratoryofAerospacePowerSystem，NanjingUniversityofAeronautics&Astronautics，Nanjing，210016，China)Abstract：Theflowfieldandinfraredradiationcharacteristicsofthree—nozzleforther

4、ocketmotorarenu—mericallyinvestigated．Theinteractionofthreejetsejectedfromthree—nozzleisanalyzedandtheflowfieldisobtained．Whenthejetsareejectedfromnozzleexitsundertheconditionthatthejetpressureishigherthanthebackpressure，theinflationofjetshappensandthejetboundaryco

5、ntractsinward，thusproducingthecompressionwavetosuppresstheover—expansionduetothereductionofpressure．Thencompressionwaveexpandsandenhancesforshock．Andtheexpansionandcompressionwavezonesizedecreases，aswellasintensityweakensalongstreamwisedirection．Oncethedistancefrom

6、thenozzleexitreaches26timesofnozzlediameter，thethreejetsaremergedtogethertoformajet．Theplumein—flaredradiationdistributionofthethree—nozzleissimilartothatofthesinglenozzle．Itisevidentthatthetotalinfraredradiationdistributioninhorizontalplaneisdifferentsignificantly

7、fromthatintheverti—calplaneforthethree—nozzle．Keywords：rocketmotor；three—nozzle；multi—jetflowfiled；infraredradiation；numericalsimulation高速排气喷管在火箭、导弹和飞机上具有广泛的应用，从发动机喷管喷出的高温高速喷流的冲刷效应和噪声对发射装置以及搭载平台及人员均会造成极大的影响，同时其尾焰的红外辐射也是红外探测和制导武器的重要跟踪目标[1-33。基金项目收稿日期通信作者国内外针对超声速射流喷管

8、开展了大量的研究，以揭示喷管的内部流动和高速射流的流场特征‘4。63。作为高性能喷管技术发展中的多喷管燃气射流之间的相互作用，国内研究人员也开展了一定的研究‘7曲3，由于多股平行射流之间的相互混合和：国家自然科学基金(51306088)资助项目；江苏省自然科学基金(BK20130790)资