航空宇航推进理论与工程硕士论文-超燃冲压发动机尾喷管设计及后体一体化数值模拟

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1、西北工业大学硕士学位论文（学位研究生）题目：超燃冲压发动机尾喷管设计及后体一体化数值模拟作者：王彦青学科专业：航空宇航推进理论与工程指导教师：王新月2008年4月摘要高超声速飞行器是未来军民用航空器的战略发展方向，超燃冲压发动机技术是实现高超声速飞行的关键技术，从飞行器/推进系统一体化的角度考虑，单斜面膨胀喷管是最理想的排气系统，它引起了国内外越来越多的重视。本文旨在对超燃冲压发动机尾喷管的设计方法，以及影响其性能的因素进行研究。首先，综合运用特征线方法、克列格尔初值线生成方法、以及罗氏最大推力喷

2、管设计方法，并结合气体动力学知识，概括出了一种超声速/高超声速喷管的设计方法，根据该方法编写了喷管设计程序,并设计了超燃冲压发动机单斜面膨胀喷管。对本文所设计的喷管（简称基准喷管）进行性能计算，并与用源流法设计的喷管（简称源流喷管）性能进行对比，发现，在相同条件（来流参数相同、喷管进口参数相同、喷管结构尺寸相同）下，基准喷管性能更优。其次，改变基准喷管下壁面长度和扩张角，得到两组不同下壁面的喷管，对这两组喷管进行性能计算，结果表明：（1）在欠膨胀状态下，随喷管落压比的降低，喷管性能降低；（2）随下

3、壁面长度的增加，喷管推力系数有所增加，升力系数急剧下降，俯仰力矩系数先增加后平缓下降；（3）下壁面扩张角度在小范围（0°~9°）内变化时，喷管性能变化不大。考虑发动机对喷管性能的要求，下壁面参数取值应折中考虑，基准喷管取值（下壁面长度为进口高度的3.12倍，扩张角为6度）合理可行。最后，研究了化学反应对喷管性能的影响。对于基准喷管，采用氢氧七组元八反应模型，数值模拟了不同高度、不同来流马赫数条件下的化学非平衡流动和冻结流动，结果发现：（1）喷管内部化学反应程度随进口总压和总温降低而减弱；（2）化学

4、反应主要发生在喷管进口初始段，喷管下游各组分基本上保持不变；（3）与冻结流动的计算结果相比，化学非平衡状态下，喷管性能提高。化学反应过程中H2和O2质量份数减少，H2O增多，说明喷管内部发生的化学反应主要是复合反应，反应过程中释放能量，提高了喷管性能。关键词：超燃冲压发动机，单斜面喷管，冻结流动，化学非平衡流动IABSTRACTHypersonicaerocraftsisthestrategicaltrendofthemilitary-civilaerocraftinthefuture.Scram

5、jettechniqueisthekeytechniquetohypersonicaerocrafts,andthesingleexpansionrampnozzleisconsideredasanidealexhaustsystemfromtheviewpointofintegrationofaerocraftandpropulsionsystem.Soitispaidmoreandmoreattentioninindustryallovertheworld.Theaimofthisresear

6、chistodevelopadesignmethodforthesingleexpansionrampnozzleandanalyzethemainfactorsthatimpactonthenozzleperformance.Firstly,anewdesignmethodforsupersonic/hypersonicnozzlesisdeveloped,syntheticallyusingthedesignconceptsincludingthecharactericticlinemetho

7、d,theKliegelinitiallinemethod,andtheRaodesignmethodofmaximalthrustnozzle.Accordingtothismethod,thescramjetnozzle.isdesigned.Calculatingtheperformanceofthenozzledesignedinthispaper(forshortreferencenozzle)andcomparingwiththeperformanceofthenozzledesign

8、edbyfountainflowmethod.Theformerperformanceisbetterthanthatofthelatter.Inthesecondpartofthisresearch,performanceoftwosetsofnozzles,whicharemodeledbychangingthelengthorthedivergenceangleofthenozzlelowerwall,arecalculatedthroughCFDtechnique.Thee