● 摘要
直升机的红外辐射信号主要来源于发动机排气系统的外露壁面和燃气尾焰，如果想在战场中保存自己和消灭敌人，就必须降低排气系统的红外辐射强度，而减少红外辐射强度的一个行之有效的办法就是使用波瓣混合器。波瓣混合器由于其特殊的几何结构，具有高效的引射掺混能力，能够使主、次流在较短的距离得到充分混合，并迅速降低主流的温度。本文的任务就是优化一个特定机型的直升机波瓣混合器，尽可能降低波瓣混合器在3~5μm波段内的红外辐射强度。
在优化之前，本文先选用了文献[37]中的标准k-ε湍流模型验证了网格的无关性，以确保计算的可靠性。接着，对基准的波瓣混合器进行数值模拟，找出其引射性能较差的原因并提出若干条改进的建议；根据上述的建议，设计了四种不同的主喷管的波瓣混合器组合方案，通过对这四种不同的组合方案的数值模拟，认为这四种组合方案的引射系数都比基准增加了不少，但是仍然存在一定的缺陷，如引射效率不够高、混合管出口存在回流以及混合管和外套之间的环缝存在倒流现象；接着对设计的四种组合方案的波瓣混合器进行气动试验和红外试验，通过气动试验发现混合管出口有一个比较大的对引射性能不利的回流区，通过红外试验发现外套管大部分区域的温度低于350K，整流罩的温度跟室温相差无几，所有的组合方案的红外辐射强度低于 2W/Sr，符合设计的要求，但是仍然有改进的空间。实验中还发现波瓣混合器在下洗气流的影响下存在一个峰值。为了更好地优化波瓣混合器的引射性能，本文进一步研究了接触面积、流向涡和混合管长径比这三个方面对引射性能的影响。最后根据前面得到的结论提出了五种的改进的方案。