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激波诱导推力矢量喷管不同气体喷注时的性能分析

王晓明 刘辉 韩龙柱 袁修干

王晓明, 刘辉, 韩龙柱, 等 . 激波诱导推力矢量喷管不同气体喷注时的性能分析[J]. 北京航空航天大学学报, 2018, 44(11): 2267-2272. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2018.0161
引用本文: 王晓明, 刘辉, 韩龙柱, 等 . 激波诱导推力矢量喷管不同气体喷注时的性能分析[J]. 北京航空航天大学学报, 2018, 44(11): 2267-2272. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2018.0161
WANG Xiaoming, LIU Hui, HAN Longzhu, et al. Performance analysis of shock thrust vector nozzle under different gas injections[J]. Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics, 2018, 44(11): 2267-2272. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2018.0161(in Chinese)
Citation: WANG Xiaoming, LIU Hui, HAN Longzhu, et al. Performance analysis of shock thrust vector nozzle under different gas injections[J]. Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics, 2018, 44(11): 2267-2272. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2018.0161(in Chinese)

激波诱导推力矢量喷管不同气体喷注时的性能分析

doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2018.0161
基金项目: 

国家自然科学基金 11772038

详细信息
    作者简介:

    王晓明  男, 博士研究生。主要研究方向:人机环境工程

    韩龙柱  男, 博士, 讲师, 硕士生导师。主要研究方向:人机环境工程

    通讯作者:

    韩龙柱, E-mail:hlz@buaa.edu.cn

  • 中图分类号: V435+.23

Performance analysis of shock thrust vector nozzle under different gas injections

Funds: 

National Natural Science Foundation of China 11772038

More Information
  • 摘要:

    针对激波诱导推力矢量控制研究仅限于主流和次流气体为同种气体的研究现状,开展了不同次流气体分子质量对推力矢量性能的影响规律研究。首先采用二阶精度AUSM+格式和k-ω SST两方程湍流模型求解三维Favre平均Navier-Stokes方程,模拟了喷管复杂干扰内流场。然后计算了He、N2和CO2等次流气体在不同注气角度、注气压力和主流落压比下的矢量偏转角度和推力系数。计算结果表明:平均分子质量越小的次流气体矢量偏转角度越大,推力损失越小。因此可选用平均分子质量小的气体作为次流气源,或者将从燃烧室引出的高温燃气与分子质量小的气体混合。

     

  • 图 1  氮气喷射试验台几何构型

    Figure 1.  Geometry configuration of nitrogen injection testbed

    图 2  马赫数等值线

    Figure 2.  Mach number contour lines

    图 3  喷射口附近区域流线

    Figure 3.  Streamlines near injection orifice

    图 4  壁面压力分布

    Figure 4.  Wall pressure distribution

    图 5  激波诱导推力矢量喷管计算网格

    Figure 5.  Computational grid of shock thrust vector nozzle

    图 6  流场压强分布

    Figure 6.  Pressure distribution of flow field

    图 7  He质量分数等值线

    Figure 7.  Mass fraction contour lines of helium

    图 8  在对称面x=0.066 m处He和N2的质量分数沿y方向的分布

    Figure 8.  Distribution of helium and nitrogen mass fraction along y direction at x=0.066 m on symmetry plane

    图 9  在对称面x=0.066 m处不同次流气体的质量分数沿y方向的分布

    Figure 9.  Distribution of mass fraction along y direction for different secondary flow gas at x=0.066 m on symmetry plane

    表  1  空气流和氮气流物性参数

    Table  1.   Physical property parameters for air stream and nitrogen stream

    参数 空气流 氮气流
    Ma 3.71 1.0
    p/MPa 1.236 0.606
    T/ K 301 301
    YN2 0.766 4 1
    YO2 0.233 6 0
      注:Ma—马赫数;YN2—氮气组分质量分数;YO2—氧气组分质量分数。
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    表  2  不同注气角度下矢量喷管性能参数对比

    Table  2.   Comparison of vector nozzle performance parameter under different gas injection angles

    气体 θ/(°) α/(°) CR, i ω
    He 90 4.91 0.912 0.026
    105 5.08 0.906 0.026
    N2 90 4.89 0.911 0.035
    105 4.96 0.905 0.035
    CO2 90 4.80 0.910 0.044
    105 4.88 0.904 0.044
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    表  3  不同NPR下矢量喷管性能参数对比

    Table  3.   Comparison of vector nozzle performance parameter under different NPRs

    气体 NPR α/(°) CR, i
    He 10 5.08 0.912
    15 4.73 0.886
    N2 10 4.96 0.911
    15 4.66 0.885
    CO2 10 4.88 0.910
    15 4.61 0.884
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    表  4  不同SPR下矢量喷管性能参数对比

    Table  4.   Comparison of vector nozzle performance parameter under different SPRs

    气体 SPR α/(°) CR, i
    He 0.8 4.09 0.917
    1.0 5.08 0.912
    N2 0.8 3.97 0.917
    1.0 4.96 0.911
    CO2 0.8 3.93 0.917
    1.0 4.88 0.910
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出版历程
  • 收稿日期:  2018-03-26
  • 录用日期:  2018-04-08
  • 网络出版日期:  2018-11-20

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