發(fā)布時(shí)間：2019-09-26 02:48

【摘要】：對(duì)雙喉道推力矢量噴管的流動(dòng)特性和氣動(dòng)性能進(jìn)行了數(shù)值模擬研究,分析了在有無(wú)推力矢量情況下,雙喉道噴管的主流落壓比(Nozzle pressure ratio,NPR)和二次流流量對(duì)噴管的氣動(dòng)性能與內(nèi)部流動(dòng)特性的影響。研究結(jié)果表明,在無(wú)推力矢量狀態(tài)下,雙喉道噴管在落壓比NPR=3.0~4.0之間具有最優(yōu)的推力系數(shù)和流量系數(shù),分別為0.974和0.935。在有推力矢量狀態(tài)下,雙喉道噴管在NPR=4.0時(shí)具有最優(yōu)的推力矢量角和推力系數(shù),其推力矢量角最高為16.1°。當(dāng)二次流流量為4%時(shí),推力矢量角為14.6°,推力系數(shù)為0.95。隨著二次流流量的增加,雙喉道噴管的推力矢量角逐漸增加,但是當(dāng)增加到一定值之后,推力矢量角會(huì)逐漸減小。在相同的二次流流量下,隨著主噴管落壓比的增加,推力矢量角和推力矢量效率逐漸降低。隨著主噴管落壓比的增加,雙喉道噴管的推力系數(shù)逐漸升高,在NPR=4.0達(dá)到最大值后逐漸降低。流量系數(shù)隨著主噴管落壓比的增加逐漸增大,但是在NPR=4.0以后,流量系數(shù)的變化趨于穩(wěn)定。
【圖文】：

圖1雙喉道噴管平面圖Fig．1Sketchofdualthroatnozzle1．2網(wǎng)格劃分本文對(duì)二元雙喉道矢量噴管進(jìn)行了二維數(shù)值模擬計(jì)算，所選取的計(jì)算域如圖2所示。計(jì)算域的范圍為從噴管出口截面向下游延伸了200倍的噴管出口直徑，向前延伸了35倍的噴管出口直徑，向兩側(cè)各延伸了80倍的噴管出口直徑。利用ICEM軟件對(duì)該噴管進(jìn)行了網(wǎng)格劃分。為了提高計(jì)算的精度及效率，本文采用了結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格生成技術(shù)。由于計(jì)算域相對(duì)于噴管較大，為了降低網(wǎng)格數(shù)量，提高網(wǎng)格質(zhì)量，生成網(wǎng)格時(shí)，在噴管的上下壁面以及噴管出口的下游方向進(jìn)行了局部加密，總網(wǎng)格數(shù)目50萬(wàn)左右。圖3給出了噴管內(nèi)部及附近流動(dòng)區(qū)域的局部計(jì)算網(wǎng)格。圖2雙喉道噴管計(jì)算域Computationaldomainofdualthroatnozzle圖3雙喉道噴管局部計(jì)算網(wǎng)格g．3Enlargedviewofcomputationalgridnearnozzle1．3計(jì)算方法本文對(duì)不同工況下的雙喉道推力矢量噴管進(jìn)行了二維定常數(shù)值計(jì)算。湍流模型采用標(biāo)準(zhǔn)的k-ε湍流模型，計(jì)算氣體采用理想可壓縮流湍流，流動(dòng)方程組和湍流模型方程的離散方法均采用二階迎風(fēng)格式［19］。計(jì)算時(shí)，噴管的入口采用總溫總壓入口邊界條件，速度方向沿邊界法向，入口總溫為300K，總壓根據(jù)工況的不同而選定。二次流入口也為總溫總壓入口邊界條件，入口總溫為300K，入口總壓根據(jù)二次流與噴管總流量的比值而調(diào)整。壁面采用無(wú)滑移絕熱固壁邊界條件和標(biāo)準(zhǔn)壁面函數(shù)。外部計(jì)算域?yàn)閴毫h(yuǎn)場(chǎng)邊界條件，自由來(lái)流速度為0，噴管外部靜壓為101．325kPa，總溫固定為300K。計(jì)算中，二次流均從上游喉道下方的二次流注入腔中進(jìn)入，喉道上方無(wú)二次流注入腔，如圖3所示。2計(jì)算結(jié)果分析2．1數(shù)值計(jì)算方法驗(yàn)證為了保證計(jì)算方法的正確性，本文將數(shù)值計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)［11］進(jìn)行了對(duì)比驗(yàn)證

圖1雙喉道噴管平面圖Fig．1Sketchofdualthroatnozzle1．2網(wǎng)格劃分本文對(duì)二元雙喉道矢量噴管進(jìn)行了二維數(shù)值模擬計(jì)算，所選取的計(jì)算域如圖2所示。計(jì)算域的范圍為從噴管出口截面向下游延伸了200倍的噴管出口直徑，向前延伸了35倍的噴管出口直徑，向兩側(cè)各延伸了80倍的噴管出口直徑。利用ICEM軟件對(duì)該噴管進(jìn)行了網(wǎng)格劃分。為了提高計(jì)算的精度及效率，本文采用了結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格生成技術(shù)。由于計(jì)算域相對(duì)于噴管較大，為了降低網(wǎng)格數(shù)量，提高網(wǎng)格質(zhì)量，生成網(wǎng)格時(shí)，在噴管的上下壁面以及噴管出口的下游方向進(jìn)行了局部加密，總網(wǎng)格數(shù)目50萬(wàn)左右。圖3給出了噴管內(nèi)部及附近流動(dòng)區(qū)域的局部計(jì)算網(wǎng)格。圖2雙喉道噴管計(jì)算域Computationaldomainofdualthroatnozzle圖3雙喉道噴管局部計(jì)算網(wǎng)格g．3Enlargedviewofcomputationalgridnearnozzle1．3計(jì)算方法本文對(duì)不同工況下的雙喉道推力矢量噴管進(jìn)行了二維定常數(shù)值計(jì)算。湍流模型采用標(biāo)準(zhǔn)的k-ε湍流模型，計(jì)算氣體采用理想可壓縮流湍流，流動(dòng)方程組和湍流模型方程的離散方法均采用二階迎風(fēng)格式［19］。計(jì)算時(shí)，，噴管的入口采用總溫總壓入口邊界條件，速度方向沿邊界法向，入口總溫為300K，總壓根據(jù)工況的不同而選定。二次流入口也為總溫總壓入口邊界條件，入口總溫為300K，入口總壓根據(jù)二次流與噴管總流量的比值而調(diào)整。壁面采用無(wú)滑移絕熱固壁邊界條件和標(biāo)準(zhǔn)壁面函數(shù)。外部計(jì)算域?yàn)閴毫h(yuǎn)場(chǎng)邊界條件，自由來(lái)流速度為0，噴管外部靜壓為101．325kPa，總溫固定為300K。計(jì)算中，二次流均從上游喉道下方的二次流注入腔中進(jìn)入，喉道上方無(wú)二次流注入腔，如圖3所示。2計(jì)算結(jié)果分析2．1數(shù)值計(jì)算方法驗(yàn)證為了保證計(jì)算方法的正確性，本文將數(shù)值計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)［11］進(jìn)行了對(duì)比驗(yàn)證
【作者單位】： 中國(guó)航天空氣動(dòng)力技術(shù)研究院;
【基金】：裝備預(yù)研基金(9140A13020615HT71002)資助項(xiàng)目
【分類號(hào)】：V211

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本文編號(hào)：2541779