【摘要】：運(yùn)載火箭和戰(zhàn)略導(dǎo)彈的工作范圍一般是從海平面到近地空間,其噴管的工作環(huán)境變化巨大,噴管的性能損失嚴(yán)重,甚至可能引起發(fā)動機(jī)熄火等惡劣后果。膨脹偏流噴管(E-D噴管)作為一種具有高度補(bǔ)償效應(yīng)的噴管,在一定程度上能夠克服這一問題。E-D噴管的補(bǔ)償能力源于自身特殊的型面結(jié)構(gòu),因此,研究E-D噴管的補(bǔ)償機(jī)制,以及研究E-D噴管的不同結(jié)構(gòu)參數(shù)對其性能的影響具有重要意義,可以為E-D噴管的設(shè)計(jì)提供理論基礎(chǔ)。本文采用數(shù)值模擬方法研究E-D噴管的自動補(bǔ)償原理和工作模態(tài)。主要研究環(huán)喉式E-D噴管和分散式E-D噴管及其結(jié)構(gòu)參數(shù)對噴管性能的影響。環(huán)喉式E-D噴管的結(jié)構(gòu)參數(shù)包括:膨脹比、收斂角、擴(kuò)張段初始角、中心體尾錐角。分散式E-D噴管的結(jié)構(gòu)參數(shù)包括:喉孔類型和喉孔數(shù)目。研究發(fā)現(xiàn):兩種E-D噴管的性能優(yōu)于傳統(tǒng)噴管,具有自動補(bǔ)償能力。兩種E-D噴管的工作模態(tài)是從低空“開放”模態(tài)轉(zhuǎn)換到高空的“閉合”模態(tài)。結(jié)構(gòu)參數(shù)對環(huán)喉式E-D噴管的影響:膨脹比小的環(huán)喉式E-D噴管在低空性能好,膨脹比大的環(huán)喉式E-D噴管在高空性能好;研究單一參數(shù)時,收斂角最佳角度為5度,擴(kuò)張段初始角的最佳角度為65度,中心體尾錐角最佳角度為70度;收斂角和中心體尾錐角主要影響環(huán)喉式E-D噴管的低空性能;擴(kuò)張段初始角主要影響環(huán)喉式E-D噴管的高空性能。結(jié)構(gòu)參數(shù)對分散式E-D噴管的影響:帶狀6喉孔分散式E-D噴管性能優(yōu)于帶狀4喉孔;帶狀喉孔的分散式E-D噴管性能優(yōu)于圓孔式E-D噴管;喉孔類型和數(shù)目主要影響分散式E-D噴管的低空性能。因此,在設(shè)計(jì)E-D噴管時要綜合考慮各個參數(shù)。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工程大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TJ7;V430
【圖文】：

E-D 噴管的研究還一直停留在上世紀(jì) 90 年代，國內(nèi)在 E-D 噴管的研究與國外相差甚遠(yuǎn)[24]，因此有必要開展 E-D 噴管性能的相關(guān)研究，探索工程化的可行性與實(shí)際應(yīng)用方向。1.3 E-D 噴管的結(jié)構(gòu)形式E-D 噴管是特殊的噴管，在結(jié)構(gòu)上可分為：收斂段、擴(kuò)張段和中心體三部分，收斂段是由中心體和外輪廓曲面共同構(gòu)成(如：環(huán)喉式)或者直接由中心體構(gòu)成（如:分散式），中心體是在噴管中心位置設(shè)置一個類似“堵蓋”的裝置，擴(kuò)張段的結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)噴管類似都是曲面。根據(jù)中心體的不同，E-D 噴管又分為環(huán)喉式和分散式。1.3.1 環(huán)喉式 E-D 噴管環(huán)喉式 E-D 噴管的中心體是一個凸臺式結(jié)構(gòu)（如圖 1.1（a）），其中心體是二維曲線繞中軸線旋轉(zhuǎn)得到的回轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)。對比傳統(tǒng)噴管的結(jié)構(gòu)，環(huán)喉式 E-D 噴管的收斂段是由中心體和外輪廓曲面共同構(gòu)成，喉部位置在收斂段外輪廓圓弧曲面到中心體內(nèi)圓弧曲面最小距離處，傳統(tǒng)的拉法爾噴管則是噴管最小截面(如圖 1.1（b）)。

如圖1.2（c）和 1.2（d）所示。（a）中心體結(jié)構(gòu)圖 （b）中心體透視圖（c）整體結(jié)構(gòu)圖 （d）整體透視圖圖 1.2 分散式 E-D 噴管結(jié)構(gòu)圖分散式 E-D 噴管影響其工作狀態(tài)和性能的結(jié)構(gòu)參數(shù)有很多，其中以喉孔類型（圓孔和帶狀喉孔）、喉孔數(shù)目為主要參數(shù)，因此，在研究結(jié)構(gòu)參數(shù)對 E-D 噴管性能影響時著重考慮。

圖 2.1 E-D 噴管工作原理示意圖2、E-D 噴管的工作模態(tài)工作模態(tài)如下圖所示，氣流從噴管入口進(jìn)入，在收斂段和中心體相互作用下被壓縮，后進(jìn)入擴(kuò)張段膨脹做功。由于外界壓力變化，E-D 噴管的工作模態(tài)將會不同，分為“開”工作模態(tài)（如圖 2.2（a）），以及“關(guān)閉”工作模態(tài)（如圖 2.2（b））。在低空由于外壓力大（e ap p），氣流進(jìn)入擴(kuò)張段后發(fā)生偏轉(zhuǎn)的角度小，形成的滑移層不相交；同，在高空環(huán)境，環(huán)境壓力相對�。╡ ap p），氣流進(jìn)入擴(kuò)張段后氣流發(fā)生偏轉(zhuǎn)的角度，滑移層相交（如圖 2.2（b））�；茖觾�(nèi)的氣流速度是超音速的，在滑移層外的氣流域是亞音速回流區(qū)，因此 E-D 噴管就是通過流場的變化調(diào)節(jié)流場，以適應(yīng)外界壓力的化。在一定的高度范圍內(nèi)能保持較高的效率，且 E-D 噴管內(nèi)不會產(chǎn)生正激波[29]。

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2776387