【摘要】：流體推力矢量噴管是推力矢量技術(shù)前沿的研究熱點(diǎn),即噴管外壁面無(wú)需轉(zhuǎn)動(dòng),通過(guò)流動(dòng)控制實(shí)現(xiàn)氣流的偏轉(zhuǎn),產(chǎn)生推力矢量。本文針對(duì)一種旁路式雙喉道流體推力矢量噴管進(jìn)行了應(yīng)用研究,主要包括兩方面:基于該噴管的全矢量無(wú)舵面飛行控制,和噴管在高溫環(huán)境下的性能。首先,單個(gè)二元噴管只能產(chǎn)生單方向的推力矢量,在實(shí)際應(yīng)用中,為了同時(shí)滿足飛行器的俯仰、偏航與滾轉(zhuǎn)控制效果,本文基于基本型噴管,研究了“單發(fā)倒V雙噴管”布局。對(duì)新布局噴管進(jìn)行數(shù)值仿真計(jì)算與測(cè)力實(shí)驗(yàn)以探究其推力矢量控制規(guī)律,設(shè)計(jì)制作了應(yīng)用新布局噴管的飛行器,最終成功進(jìn)行了全推力矢量控制的飛行,并采集了飛行數(shù)據(jù)。隨后,本文研究了高溫環(huán)境對(duì)基準(zhǔn)型旁路式雙喉道流體推力矢量噴管性能的影響,并將噴管的模型安裝在微型渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)上,驗(yàn)證真實(shí)應(yīng)用環(huán)境下噴管的性能。研究結(jié)果表明:1新布局噴管在巡航過(guò)程中可以有效地控制飛行器俯仰、偏航與滾轉(zhuǎn)的姿態(tài),實(shí)現(xiàn)了基于純流體推力矢量的無(wú)舵面飛行控制。對(duì)于本文中飛行器,在滾轉(zhuǎn)機(jī)動(dòng)性方面,矢量控制與舵面控制效果相近,基本都在100°/s左右;而對(duì)于俯仰機(jī)動(dòng)性,矢量控制效果較弱,舵面控制飛機(jī)俯仰時(shí)的抬頭角速率最大可達(dá)50°/s,而矢量控制飛機(jī)俯仰時(shí)的抬頭角速率最大約26°/s。2測(cè)力實(shí)驗(yàn)表明,推力矢量角隨噴管閥門(mén)開(kāi)度基本呈線性變化,且無(wú)滯回性;最大推力矢量角和仿真結(jié)果一致,可以達(dá)到20°左右。3仿真結(jié)果表明,落壓比對(duì)噴管各項(xiàng)性能參數(shù)的影響遠(yuǎn)大于溫度的影響;與其他性能參數(shù)相比,推力矢量角受溫度變化的影響最為明顯;相對(duì)于落壓比大于4的工況,在低落壓比(落壓比小于4)下,高溫會(huì)引起噴管性能惡化。本文研究的流體推力矢量噴管通過(guò)了低速測(cè)力和飛行實(shí)驗(yàn)、微型渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)驗(yàn)和高溫仿真,表明其在工程上有潛在的應(yīng)用價(jià)值。
【圖文】：

（a） （b）（c） （d）圖1.1 四種常見(jiàn)的流體推力矢量形式1.2 流體推力矢量噴管研究現(xiàn)狀自 20 世紀(jì) 70 年代以來(lái)，世界各國(guó)都投入了很多人力物力對(duì)各種推力矢量裝置進(jìn)行了大量

滾轉(zhuǎn) 3 個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)，因此用方向舵作偏航時(shí)需同時(shí)偏轉(zhuǎn)其他操縱面來(lái)阻止俯仰和滾轉(zhuǎn)兩方向的運(yùn)動(dòng)，增大了控制難度。圖 1.2 所示為 X-36 的外形。用翼梢開(kāi)裂式副翼和矢量推力系統(tǒng)來(lái)補(bǔ)償沒(méi)有垂尾的不足。其中矢量推力系統(tǒng)僅用于偏航控制，而不用與縱向俯仰控制。開(kāi)裂式副翼可獨(dú)立操縱，上下都可以偏轉(zhuǎn)到 30°。另外，機(jī)翼后緣副翼分為兩段，可單獨(dú)作動(dòng)，，提供偏航所需的操縱；內(nèi)側(cè)副翼則像典型襟副翼一樣作動(dòng)，起到升降舵作用，用于俯仰和滾轉(zhuǎn)操縱。X-36 的試飛成功為 X-4的研制奠定了良好的基礎(chǔ)。X-45 在尾噴管兩側(cè)布置了升降副翼，在外翼段布置了方向副翼。X-45 的噴管同樣具有矢量推力功能，如圖 1.3 所示。X-47B 是目前世界上最大的無(wú)人作戰(zhàn)飛機(jī)驗(yàn)證機(jī)，也是第一種全尺寸艦載無(wú)人作戰(zhàn)飛機(jī)驗(yàn)證機(jī)[35]。該驗(yàn)證機(jī)采用飛翼布局，機(jī)體后緣外廓線為 W 形，每側(cè)機(jī)翼的前后緣平行。短翼位置靠后且翼尖前部有切角。機(jī)翼可折疊，并且在折疊處進(jìn)行了特殊設(shè)計(jì)，可保證機(jī)翼展開(kāi)之后，機(jī)翼上下表面仍然光滑，以維持蒙皮的導(dǎo)電連續(xù)性，降低雷達(dá)反射面積（RCS），從而提高隱身性。飛機(jī)具有 6 個(gè)操縱表面，2 個(gè)為機(jī)翼后緣全翼展升降副翼，另 4 個(gè)為 嵌入式操縱面 ，即小型的可收式控制表面，用以實(shí)現(xiàn)方向操縱，如圖 1.4 所示。
【學(xué)位授予單位】：南京航空航天大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類(lèi)號(hào)】：V249.1

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 呂雪燕;羅艷春;姜曉蓮;;推力矢量技術(shù)的應(yīng)用及影響[J];科技資訊;2012年05期

2 唐福俊;;離子推力器推力矢量偏角測(cè)試[J];真空與低溫;2009年02期

3 魏志剛;薛亮;林正;;發(fā)動(dòng)機(jī)推力矢量噴管現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)[J];中國(guó)高新技術(shù)企業(yè);2008年24期

4 范文正;李明;;推力矢量噴管現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)[J];航空科學(xué)技術(shù);2006年01期

5 劉剛,楊永,李聰;二股流噴射控制推力矢量數(shù)值計(jì)算研究[J];航空計(jì)算技術(shù);2005年02期

6 盧燕,樊思齊;軸對(duì)稱(chēng)推力矢量噴管的靜態(tài)內(nèi)部性能分析[J];飛機(jī)設(shè)計(jì);2002年02期

7 梁春華,靳寶林,李雨桐;球形收斂調(diào)節(jié)片推力矢量噴管的發(fā)展[J];航空發(fā)動(dòng)機(jī);2002年03期

8 張勁;劉自虎;祝雪平;;軍用航空發(fā)動(dòng)機(jī)推力矢量技術(shù)發(fā)展展望[J];江蘇航空;2002年03期

9 陶增元,李軍,程邦勤;飛機(jī)推進(jìn)系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)——推力矢量技術(shù)[J];空軍工程大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2000年02期

10 方昌德;飛機(jī)推力矢量技術(shù)發(fā)展綜述[J];航空科學(xué)技術(shù);1998年02期

相關(guān)會(huì)議論文 前10條

1 陳川;劉趙淼;申峰;;外流角度對(duì)逆流推力矢量噴管矢量角的影響[A];北京力學(xué)會(huì)第19屆學(xué)術(shù)年會(huì)論文集[C];2013年

2 何敬玉;陳強(qiáng);董金剛;歐平;唐亞麗;;雙喉道推力矢量噴管的氣動(dòng)性能數(shù)值模擬[A];2017年（第三屆）中國(guó)航空科學(xué)技術(shù)大會(huì)論文集（增刊）[C];2017年

3 岳磊;程濤;;過(guò)失速下推力矢量飛機(jī)的仿真研究[A];中國(guó)航空學(xué)會(huì)控制與應(yīng)用第十二屆學(xué)術(shù)年會(huì)論文集[C];2006年

4 陳志遠(yuǎn);趙天泉;湯海濱;王一白;任軍學(xué);;MPDT磁控推力矢量偏轉(zhuǎn)方案設(shè)計(jì)與仿真驗(yàn)證[A];中國(guó)航天第三專(zhuān)業(yè)信息網(wǎng)第三十九屆技術(shù)交流會(huì)暨第三屆空天動(dòng)力聯(lián)合會(huì)議論文集——S04特種推進(jìn)及新型推進(jìn)技術(shù)[C];2018年

5 劉趙淼;王翔;;外套管結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)逆流推力矢量噴管的影響[A];中國(guó)力學(xué)大會(huì)-2015論文摘要集[C];2015年

6 阮文華;劉小波;宋波濤;;水下發(fā)射擾流片推力矢量CFD仿真研究[A];中國(guó)力學(xué)大會(huì)-2015論文摘要集[C];2015年

7 陳潔;梁勇;宋超;;一類(lèi)臨近空間高超聲速飛行器氣動(dòng)力/推力矢量復(fù)合控制研究[A];第24屆中國(guó)控制與決策會(huì)議論文集[C];2012年

8 尹永鑫;楊明;王子才;;推力矢量飛行器姿態(tài)控制方法[A];2007年中國(guó)智能自動(dòng)化會(huì)議論文集[C];2007年

9 張建東;王占學(xué);劉增文;蔡元虎;;收擴(kuò)噴管的兩種氣動(dòng)推力矢量技術(shù)數(shù)值模擬研究[A];中國(guó)航空學(xué)會(huì)第七屆動(dòng)力年會(huì)論文摘要集[C];2010年

10 李志杰;王占學(xué);蔡元虎;;自由流Ma對(duì)流體推力矢量噴管氣動(dòng)性能影響的數(shù)值模擬[A];探索 創(chuàng)新 交流——第三屆中國(guó)航空學(xué)會(huì)青年科技論壇文集（第三集）[C];2008年

相關(guān)重要報(bào)紙文章 前5條

1 邢強(qiáng) 整理 楊季鑫;“推力矢量技術(shù)”一直在進(jìn)化[N];解放軍報(bào);2019年

2 記者 矯陽(yáng);我國(guó)已掌握推力矢量關(guān)鍵技術(shù)[N];科技日?qǐng)?bào);2018年

3 記者 吳斌斌;我國(guó)推力矢量技術(shù)攻關(guān)取得重大突破[N];中國(guó)航空?qǐng)?bào);2018年

4 本報(bào)記者 張強(qiáng);中國(guó)需要借鑒蘇-35發(fā)動(dòng)機(jī)嗎[N];科技日?qǐng)?bào);2017年

5 李世煌;第一種“數(shù)字導(dǎo)彈”出世了[N];中國(guó)國(guó)防報(bào);2002年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前4條

1 李海濤;火箭發(fā)動(dòng)機(jī)推力矢量測(cè)量理論、方法與自動(dòng)測(cè)試技術(shù)研究[D];國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué);2005年

2 胡孟權(quán);推力矢量飛機(jī)非線性飛行控制律設(shè)計(jì)研究[D];西北工業(yè)大學(xué);2002年

3 高雙;噴水推進(jìn)船舶的航向/航速控制研究[D];哈爾濱工程大學(xué);2008年

4 馬會(huì)民;矢量噴管非定常流場(chǎng)計(jì)算與動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型研究[D];西北工業(yè)大學(xué);2003年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 林泳辰;新型流體矢量噴管的應(yīng)用研究[D];南京航空航天大學(xué);2019年

2 韓杰星;流體矢量噴管內(nèi)外流耦合研究[D];南京航空航天大學(xué);2018年

3 趙雄;基于無(wú)源流體推力矢量噴管的飛行器控制技術(shù)實(shí)驗(yàn)研究[D];南京航空航天大學(xué);2018年

4 余祖潮;高隱身推力矢量噴管及其后機(jī)身一體化研究[D];南京航空航天大學(xué);2018年

5 陳雨;噴管偏角對(duì)泵噴推進(jìn)潛航器內(nèi)部流動(dòng)及推力矢量特性的影響[D];蘭州理工大學(xué);2018年

6 呂錫昌;推力矢量噴管的流場(chǎng)仿真與結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)[D];大連交通大學(xué);2017年

7 胡旭曉;火箭發(fā)動(dòng)機(jī)推力矢量測(cè)試系統(tǒng)的研制[D];大連理工大學(xué);2006年

8 張義軍;三軸承推力矢量噴管結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與研究[D];蘭州交通大學(xué);2013年

9 劉剛;射流引射推力矢量數(shù)值計(jì)算研究[D];西北工業(yè)大學(xué);2005年

10 翟怡;火箭發(fā)動(dòng)機(jī)推力矢量測(cè)試平臺(tái)動(dòng)態(tài)特性的研究[D];大連理工大學(xué);2006年

本文編號(hào)：2612968