题目：气动矢量喷管三维流场数值模拟研究

气动矢量喷管可以实现排气系统日益需求的推力矢量、轻质、低成本的技术要求。由于试验费用十分昂贵，制约了气动矢量喷管的研制与发展，因此迫切需要发展一种新型的设计计算方法——数值模拟，来研究怎样提高气动矢量喷管的性能和研究其产生矢量推力的原理。本文采用时间推进的有限体积法，求解强守恒N-S方程，湍流模型为RNG 湍流模型，压力和速度的耦合采用SIMPLE算法，空间离散采用二阶迎风格式，对不同类型和不同工况的气动矢量喷管模型试验件进行了数值模拟，并与试验数据进行了对比，壁面静压最大误差为11.7%，A5型的14个工况作的气动矢量角的误差分析，其中最大的误差为9.54％。由此可见该计算方法能满足工程精度要求。通过数值模拟激波诱导气动矢量喷管，结果表明：流场结构的主要特征是在扩张段有一对旋向相反的主分离涡与射流角涡和一个位于次流与出口截面之间较大的回流区。流场结构随着落压比和次流相对流量比的变化而改变。当Ws/Wp≥10％时，次流的注入已经影响到喷管的收敛段的流动状态，使其喉道音速线发生了改变。当Ws/Wp≥15％时，次流引起的激波打到周向距次流注入最远处的壁面并发生了反射。推力系数的变化没有一定的规律，由于激波，膨胀波的存在导致喷管推力下降，但又由于次流带来的能量产生了推力。A5型NPR=4时，当Ws/Wp≤15％时，气动矢量角随着次流流量比的增大而增大，当Ws/Wp＝15时达到最大，然后随着次流流量比的增大而减小。Ws/Wp＝7.5时，气动矢量角随着落压比的增大而减小。周向角，射流缝距出口截面轴向距离和轴向角对流场影响较大，周向角为45°，射流缝距喷管出口截面轴向距离为19㎜，次流注入方向与主流方向相反时产生最大的有效矢量角。外流对内流的影响也较大，气动矢量角随着外流马赫数的增大而减小。同时运用在激波诱导气动矢量喷管验证了的计算方法，分别计算了无试验结果的喉道控制气动矢量喷管，双喉道气动矢量喷管，逆流控制气动矢量喷管，计算出来的结果合理，与相关文献结论一致。