多种气膜冷却形式下轴对称矢量喷管壁温计算研究

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1、第５卷第３期航空工程进展Vol畅５No畅３２０１４年８月ADVANCESINAERONAUTICALSCIENCEANDENGINEERINGAug．２０１４文章编号：１６７４‐８１９０（２０１４）０３‐４０４‐０７多种气膜冷却形式下轴对称矢量喷管壁温计算研究１２２薛航，陈徐屹，张小英（１．中航国际航空发展有限公司民机部，北京１００１０１）（２．华南理工大学电力学院，广州５１０６４０）摘要：航空发动机矢量喷管的冷却结构设计是研究矢量推进技术应用的关键问题之一。针对某偏转２０°轴对称矢量喷管隔热屏采用的十种气膜冷却结构，建立基于壁面传热的热平衡方程

2、，采用牛顿－拉斐尔森迭代法得出十种冷却结构下壁面及隔热屏的温度。其中气膜冷却采用有效温比经验公式计算，燃气辐射采用封闭腔净辐射分析法计算，并把本文计算的壁温与文献结果进行对比分析。结果表明：隔热屏对喷管收敛段有很好的冷却作用，采用气膜冷却可显著降低其温度；相对于受隔热屏保护的收敛段而言，喷管扩张段的受热形势较为严峻，温度更高，其冷却有待加强。关键词：轴对称矢量喷管；缝槽气膜；离散小孔气膜；复合气膜；壁温中图分类号：V２３５．１１文献标识码：ANumericalStudyonFilmCoolingandWallTemperatureofVector

3、edAxial‐symmetricNozzle１２２XueHang，ChenXuyi，ZhangXiaoying（１．DepartmentofCivilAircraft，AVICInternationalAero‐developmentInternationalCorporation，Beijing１００１０１，China）（２．SchoolofElectricPower，SouthChinaUniversityofTechnology，Guangzhou５１０６４０，China）Abstract：Thestudyonthecoolingstru

4、ctureofvectoringnozzleisveryessentialfordevelopingthevectoringpropulsiontechnologyinaero‐engine．Tostudythecoolingtechnologyoftheheatshieldontheaxial‐symmetricvectoringnozzlewith２０°deflection，theheatbalanceequationbasedonheattransferofnozzlehasbeendevel‐opedandsolvedwithNewton

5、‐Rafaelmethodtogivewalltemperature．Heattransferoffilmcoolingiscomputedwithempiricalformulaofcoolingeffectiveness．Andradiativeheatingfromthegasiscomputedwithnetradia‐tionanalysismethodinanenclosure．Toverifythecomputationmethod，walltemperatureofacertainaxial‐symmetricnozzleinaf

6、terburningconditioniscomputedandcomparedwiththeresultsofreference．Studyshowsthattheheatshieldplaysagoodcoolingpartforconvergentpartofnozzlewithfilmcoolingreducingitstemperatureremarkably．Comparedwithconvergentpartofnozzlewhichisprotectedbytheheatshield，tem‐peratureofthediverg

7、entsectionofnozzleismuchhigherandneedsfurthercooling．Keywords：axial‐symmetricvectoringnozzle；slotfilm；multi‐holefilm；compositefilm；walltemperature0引言随着高性能航空发动机的发展，材料的耐热极收稿日期：２０１４‐０１‐１６；修回日期：２０１４‐０４‐１１限逐渐成为制约其性能提升的瓶颈。特别是对于通信作者：张小英，zxy１１１９＠scut．edu．cn高性能矢量发动机喷管的加力工况，喷管壁面直接第３期薛航

8、等：多种气膜冷却形式下轴对称矢量喷管壁面温度计算研究４０５受到高温燃气的对流与辐射加热，材料安全受到严过起冷却作用的二次流。在喷管喉道以