火花型合成射流对二元双喉道矢量喷管的流体主动控制研究

发布时间：2017-11-03 11:33

  本文关键词：火花型合成射流对二元双喉道矢量喷管的流体主动控制研究

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【摘要】：基于合成射流的流体主动控制技术在低速流动工况下已得到成功的实施,但在超声速流动情形下尚缺乏深入的研究。火花型合成射流由于具有很强的穿透能力而被认为是一种可应用于高速流动的流场主动控制技术,在二元双喉道矢量喷管上探索这种先进的流体主动控制方式有利于其性能和矢量推进效率的提升。本文对火花型合成射流流动特性开展了较为系统的研究,并就火花型合成射流对于二元双喉道矢量喷管主喷流偏转控制以及对于单膨胀边主喷流流动分离控制上的应用开展了数值模拟研究。论文主要包括三个方面的研究内容:采用实验和数值计算结合的方法,对火花型合成射流的流动特性开展了研究。射流在孔口喷射初期呈现球面扩散状,在发展过程中不断剪切和卷吸外部气流,形成一系列旋向相反的涡串,随后合成射流作用范围迅速扩大。火花放电产生的高压区在激发器腔体内部的往复移动使得腔内压力以及孔口速度呈现一边振荡一边下降的变化规律。射流的扩展能力和高法向速度区域均随工作频率和放电能量的增大而增加。采用数值计算方法,探索了火花型合成射流对于二元双喉道矢量喷管主喷流偏转控制。就火花型合成射流的单独控制作用而言,由于其喷射质量小、工作值班周期短等问题,难于对二元双喉道矢量喷管主喷流实现持续偏转。为此,提出了一种用于二元双喉道流体式矢量喷管的火花型合成射流与旁通连续射流的组合方案,研究结果表明:火花脉冲激励二次流喷注大致可划分为火花型合成射流主导、喷注间歇和旁通连续性射流主导等三个阶段;火花脉冲激励二次流喷注能够改变二元双喉道矢量喷管内部的主流回流区影响区域,进而影响主流的矢量偏转;在本文的火花激励参数工况,二次流喷注流量率1%的主流最大瞬时矢量偏转达到14°,一个周期内的平均矢量偏转为6.6°,较无火花放电激励的主流矢量偏转角增加约70%。采用数值计算方法,探索了火花型合成射流对改善主喷流在二元双喉道矢量喷管单膨胀边区域流动分离上的应用效果。火花型合成射流在前几个周期内改善了主喷流在单膨胀边的流动分离,主喷流偏转角增大,喷管推力系数提高,但不可持续。采用火花型合成射流与旁通连续射流的组合方案,火花能量强化连续性射流注入单膨胀边后,流动分离得到明显的改善,喷管推力系数提高。在本文的火花激励参数工况,火花能量强化连续性射流工况较无火花放电激励工况相比,平均偏转角增大4.6%,主平均推力系数增大1.5%。
【关键词】：合成射流 火花型合成射流激发器 二元双喉道矢量喷管 流体主动控制 单膨胀边
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：V233.7
【目录】：

• 摘要6-7
• Abstract7-18
• 注释表18-19
• 第一章 绪论19-33
• 1.1 研究背景19-21
• 1.2 国内外研究现状21-32
• 1.2.1 火花型合成射流21-25
• 1.2.2 二元双喉道矢量喷管25-27
• 1.2.3 单边膨胀喷管27-31
• 1.2.4 发展趋势和存在问题31-32
• 1.3 本文研究工作32-33
• 第二章 火花型合成射流流动特性研究33-75
• 2.1 研究方法33-49
• 2.1.1 实验研究方法33-40
• 2.1.1.1 火花型合成射流激发器33-35
• 2.1.1.2 粒子图像测速仪35-39
• 2.1.1.3 热线风速仪39-40
• 2.1.2 数值计算方法40-48
• 2.1.2.1 基本数学模型41-42
• 2.1.2.2 数值计算方法及其验证42-48
• 2.1.3 参数定义48-49
• 2.2 结果与分析49-73
• 2.2.1 火花型合成射流流动特性49-57
• 2.2.1.1 实验结果分析49-51
• 2.2.1.2 数值模拟结果分析51-57
• 2.2.2 火花型合成射流工作参数影响57-67
• 2.2.2.1 实验结果分析57-62
• 2.2.2.2 数值模拟结果分析62-67
• 2.2.3 火花型合成射流几何尺寸影响67-73
• 2.2.3.1 实验研究结果分析67-71
• 2.2.3.2 数值模拟结果分析71-73
• 2.3 小结73-75
• 第三章 火花型合成射流对二元双喉道矢量喷管的流体主动控制75-123
• 3.1 二元双喉道矢量喷管数值计算方法及实验验证75-80
• 3.1.1 物理模型75-76
• 3.1.2 数值计算方法76-77
• 3.1.3 数值计算方法验证77-78
• 3.1.4 基准二元双喉道矢量喷管模型的建立78-79
• 3.1.5 参数定义79-80
• 3.2 火花型合成射流对二元双喉道矢量喷管的偏转控制80-88
• 3.2.1 物理模型80-81
• 3.2.2 数值计算方法81-82
• 3.2.3 流动特性分析82-84
• 3.2.4 影响因素分析84-88
• 3.3 脉冲射流对二元双喉道矢量喷管的偏转控制88-96
• 3.3.1 物理模型88-89
• 3.3.2 数值计算方法89-90
• 3.3.3 流动特性分析90-94
• 3.3.4 影响因素分析94-96
• 3.4 火花能量强化连续性射流对二元双喉道矢量喷管的偏转控制96-121
• 3.4.1 火花能量强化连续性射流激发器97-110
• 3.4.1.1 物理模型97-98
• 3.4.1.2 数值计算方法98-99
• 3.4.1.3 流动特性分析99-108
• 3.4.1.4 影响因素分析108-110
• 3.4.2 对二元双喉道矢量喷管的偏转控制110-121
• 3.4.2.1 物理模型111
• 3.4.2.2 数值计算方法111-112
• 3.4.2.3 流动特性分析112-119
• 3.4.2.4 影响因素分析119-121
• 3.5 小结121-123
• 第四章 火花型合成射流对带有单膨胀边的二元双喉道喷管的流体控制123-145
• 4.1 基本模型123-124
• 4.2 火花型合成射流对单膨胀边的流动分离抑制的验证124-134
• 4.2.1 物理模型124-125
• 4.2.2 数值计算方法125-126
• 4.2.3 流动特性分析126-129
• 4.2.4 影响因素研究129-134
• 4.3 脉冲射流对单膨胀边的流动分离抑制的验证134-138
• 4.3.1 物理模型134
• 4.3.2 数值计算方法134-135
• 4.3.3 流动特性分析135-136
• 4.3.4 影响因素分析136-138
• 4.4 火花能量强化连续性射流对单膨胀边的流动分离抑制的验证138-144
• 4.4.1 物理模型138-139
• 4.4.2 数值计算方法139-140
• 4.4.3 流动特性分析140-143
• 4.4.4 影响因素分析143-144
• 4.5 小结144-145
• 第五章 总结和展望145-147
• 5.1 本文的研究结论145-146
• 5.1.1 火花型合成射流的研究145
• 5.1.2 火花型合成射流对二元双喉道矢量喷管的偏转控制145-146
• 5.1.3 火花型合成射流对带有单膨胀边的流体主动控制146
• 5.2 本文创新点146
• 5.3 未来工作展望146-147
• 参考文献147-153
• 致谢153-155
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文155

【参考文献】

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本文编号：1136025