题目：射流控制矢量喷管数值模拟与试验研究

推力矢量控制技术是第四代战斗机的必备技术，包括机械调节矢量喷管技术和射流控制矢量喷管技术，其中机械调节矢量喷管已经进入了实际应用。然而其复杂的部件和管壁结构增加了排气系统的复杂性，降低了排气系统的可靠性和可维修性，因此，射流控制矢量喷管技术应运而生，并逐渐走向实际应用，将是未来推力矢量至关重要的发展方向。射流控制矢量喷管可以简化喷管的结构、减轻重量、提高可靠性和降低成本，可以实现机械调节矢量喷管的全部功能。针对射流控制矢量喷管，国内外开展了大量的数值模拟与试验研究工作，但是这些研究工作多偏重于小落压比条件下的基本规律研究，对工程实际应用研究较少，随着射流控制矢量喷管技术逐渐进入实际应用阶段，出现了很多新的问题和挑战：如何提高射流控制矢量喷管在大落压比条件下的推力矢量性能，如何将射流控制矢量喷管技术用于超音速战斗机等。本文采用数值和试验方法研究了射流角度、回流、来流压比对平板横向射流流动结构和工作特性的影响，并将得出的规律应用于射流控制矢量喷管上。研究结果表明：数值与试验结果吻合较好；增大射流角度能有效提高喷管的推力矢量性能，角度增加到一定大小，流场结构变化不再明显；对射流控制矢量喷管进行数值模拟得出，在NPR=4.6，SPR=0.7条件下，射流角度从79°增加到130°，推力矢量性能提高42.7%。研究了大落压比下推力矢量性能降低的机理，针对轴对称和二元射流控制矢量喷管，研究了落压比对喷管流场结构和推力矢量性能的影响。分析了喷管的壁面压力分布，随着落压比增加，射流上游的高压区域变窄，射流下游回流区与环境形成联通的区域，相对压力降低，造成喷管的矢量角度降低；当落压比增加到一定大小，喷管完全工作在欠膨胀状态，射流下游受喷管膨胀的影响，形成封闭的低压区，喷管流场结构不再变化，通过将喷管推力分解为气流高速运动产生的推力和喷管出口与环境压差产生的推力两部分，此时压差推力逐渐增加，喷管推力矢量性能下降；研究了射流位置对矢量角度的影响，在较高的落压比条件下，随着射流位置后移，矢量角度有了较大提高；综合考虑射流角度和射流位置的影响，在NPR=15，SPR=0.7条件下，射流角度从79°增加到130°，射流位置从0.9增加到1.0，喷管的推力矢量性能提高了90.7%。对带第三涵道自适应发动机矢量喷管展开试验与数值研究，随着第三涵道压比的降低，喷管的推力矢量效率升高；扩张段射流能产生更有效的矢量角度。