与飞机融合的单边膨胀喷管排气系统气动和红外辐射特征数值计算

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1、第40卷第2期2014年4月航空发动机AeroengineV01．40No．2Apt．2014与飞机融合的单边膨胀喷管排气系统气动和红外辐射特征数值计算单勇1，陈著1，尚守堂2，邵万仁z，邓洪伟2(1．江苏省航空动力系统重点实验室，南京航空航天大学能源与动力学院，南京210016；2．中航工业沈阳发动机设计研究所，沈阳110015)＼摘要：单边膨胀喷管(SingleExpansionRampNozzle．SERN)是1种新型的排气喷管，具有可以有效抑制航空发动机排气系统的红外辐射和雷达反射截面积、后体阻力小、质量轻、增加飞机的敏捷性和可操控性等优点。运用计算流体力学／红外

2、辐射(CFD／IR)数值模拟的方法，采用标准k-e湍流模型和标准壁面函数，研究了轴对称喷管、单边膨胀喷管和开缝冷却单边膨胀喷管的排气系统与机身融合后的红外辐射特性空间分布规律。结果表明：单边膨胀喷管大幅度降低了排气系统尾向红外辐射峰值，其降幅达到60％以上，说明了单边膨胀喷管与后机身融合、遮挡内部高温部件，从而降低了尾向红外辐射的卓越红外抑制效果。关键词：单边膨胀喷管；红外辐射；排气系统；数值模拟；航空发动机；隐身中图分类号：V231．1文献标识码：Adoi：10．13477／j．cnki．aeroengine．2014．02．001AerodynamicandInfra

3、redRadiationCharacteristicsNumericalSimulationonSingleExpansionRampNozzlewithinAircraftSFIANYong‘，CHENZhul，SHANGShou—tan92，SHAOWan—ren2，DENGHong—wei2(1．JiangsuProvinceKeyLaboratoryofAerospacePowerSystems，NanjingUnivemityofAeronauticsandAstronautics，Nanjing210016，China；2．AVICShenyangEngine

4、DesignandResearchInstitute，Shenyang110015，China)Abstract：SingleExpansionRampNozzle(SERN)isanewstyleexhaustnozzlewhichhasalotofadvantages．Itcallsuppresstheinfraredradiation，reducetheradarcrosssection，decreasetheresistanceofthenozzle’Safterbody，reducethewholeweight．Thenon—symmetryofthenozzl

5、ecanimprovetheagilityandmaneuverabilityfortheplanes．Basedonthecomputationalfluiddynamics／infraredradiation(CFDBR)numericalcalculations，usingstandardK一8turbulentmodelandstandardwallfunctions，threekindsofnozzlewithintheaircraftwhichwereaxissymmetrynozzle，singleexpansionrampnozzleandsingleex

6、pansionrampnozzlewithcoolingwereperformedtosimulatetheinfraredradiationdistributionoftheplumeandexhaustsystem．TheresultsshowthattheSERNhastheabilityofshieldthehightemperaturepartslocatedinthenozzle．Itcansuppresstheinfraredradiationby60％oftheexhaustsystem．Keywords：singleexpansionrampnozzle

7、；infraredradiation；exhaustsystem；numericalsimulation；aeroengine；stealthO引言超声速巡航、超机动、隐身性是第4代战斗机必须具备的性能。为第4代战斗机提供动力的航空发动机的先进性不仅体现在高推重比方面，还要具备矢量推力和红外隐身能力。与这2种能力的发展最密不可分的关键部件就是发动机排气喷管【11。目前，中国现役发动机普遍采用轴对称收扩喷管。其红外辐射一部分源于排气系统可被探测到的热壁面，另一部分源于流经喷管排出的热尾喷流。前者主要来自排气系统内腔体，包括末级涡