● 摘要
分布式动力是使用多个小型或微型航空发动机代替常规大尺寸发动机的动力系统。以往研究通过对简化模型的数学推导得出结论,对于“喷气机翼”分布式动力,从机身尾缘处喷出的射流能够补充尾缘分离流产生的尾迹亏损,从而提高推进效率,且不同的射流角度也会影响机身的气动分布。此外,在分布式动力系统中使用二元喷管能够沿机身产生均匀的射流以更好地补充尾迹,并有利于动力/机身一体化的实施。本文的主要工作是设计出适用于分布式动力的二元收敛尾喷管,并研究分布式动力尾缘射流对机身气动性能及动力系统推进效率的影响。
本文首先阐述了分布式动力系统中二元喷管的设计方法及设计流程,并搭建其设计体系,利用基于圆角矩形截面的二元收敛喷管设计方法设计了适用于某分布式动力系统的尾喷管,并对其在设计点、非设计点及畸变来流条件下的气动性能采用数值模拟方法进行研究。结果表明在各条件下喷管均具有较为良好的气动性能,能够满足分布式动力系统的性能需求。在流量较小的非设计点及畸变来流条件下,喷管的流通能力和轴向推力均下降。随后对喷管内外流动进行分析,考察管内马赫数分布、喷管外流绕流以及出口下游二次流动等内容。结果表明该二元喷管上下两侧以及出口下游均具有强烈的二次流动,尽管能够加强射流与外流的掺混效果,但不均匀的速度分布会降低推进效率。
随后,为研究带有附面层抽吸的分布式动力尾缘射流对机身气动性能及动力系统推进效率的影响,本文将动力/机身一体化的翼身融合体简化为带有尾缘射流的二维翼型模型。翼型模型分为埋入式与非埋入式两类模型。在埋入式分布式动力模型中,首先在仅带有尾缘射流的情况下明确来流攻角及射流角度对气动性能及流场的影响,再于机身上表面加入附面层抽吸的作用,探讨附面层抽吸带来的影响。在非埋入式分布式动力模型中,同样考察来流及射流对性能的影响,并与埋入式模型进行了对比,从而利用这种简化的物理模型,为分布式动力系统的设计与应用提出初步的建议。结果表明在中、小来流攻角的情况下射流及抽吸能够改善翼型的升阻比性能及推进效率,而在大攻角情况下较大的射流角使翼型的阻力大幅上升,对性能产生极为不利的影响。
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