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圆转矩形收敛段型面对喷管流动与红外辐射特性影响

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红外技术 2019年第12期41卷 1167-1174页

作者：崔力张勃李基权林丽冰艾俊强江苏省航空动力系统重点实验室南京航空航天大学能源与动力学院江苏南京210016 西安飞机设计研究所总体设计部陕西西安610041

针对圆转矩形收扩喷管的收敛段截面面积沿轴向的变化规律进行了优化设计,得到了4种圆转矩形收敛段模型,与相同的矩形扩张段相匹配,形成4种圆转矩形收扩喷管模型,对其气动、换热与红外辐射特征进行了数值研究。得到如下结论:收敛段截面... 详细信息

针对圆转矩形收扩喷管的收敛段截面面积沿轴向的变化规律进行了优化设计,得到了4种圆转矩形收敛段模型,与相同的矩形扩张段相匹配,形成4种圆转矩形收扩喷管模型,对其气动、换热与红外辐射特征进行了数值研究。得到如下结论:收敛段截面积沿程变化规律对喷管气动与红外辐射特性影响明显:按照前急后缓规律设计的喷管红外抑制效果较差,按照维托辛斯基公式以及缓急相当规律设计的喷管略有增强,而按照前缓后急规律设计的喷管则最佳。这是因为在模型C中随着收敛段截面积沿程收敛速度较快,壁面压力峰值减小,出口旋流增强,尾喷流掺混增强,尾喷流高温区长度减小,尾喷流和喷管红外辐射强度分别降低19.2%和20.6%。

关键词：圆转矩形收扩喷管截面面积掺混红外抑制

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现代舰船红外辐射及其控制策略分析

激光与红外 2006年第10期36卷 943-947页

作者：袁江涛杨立陈翾张健海军工程大学船舶与动力学院湖北武汉430033

分析了舰船红外辐射的来源及其物理特性,估算了舰船各红外辐射源的相对强度,研究了舰船红外辐射的控制策略,探讨了舰船红外辐射控制的发展趋势。结果表明:烟囱管壁、排气烟羽和舰船表面是舰船的三大红外辐射源,是舰船红外辐射的主要控... 详细信息

分析了舰船红外辐射的来源及其物理特性,估算了舰船各红外辐射源的相对强度,研究了舰船红外辐射的控制策略,探讨了舰船红外辐射控制的发展趋势。结果表明:烟囱管壁、排气烟羽和舰船表面是舰船的三大红外辐射源,是舰船红外辐射的主要控制对象;针对舰船表面的红外辐射,主动冷却技术则是较为理想的控制策略之一。分析结果对舰船红外隐身技术的研究具有参考价值。

关键词：舰船红外辐射红外抑制红外隐身技术

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航空发动机排气系统红外辐射特性数值研究

燃气涡轮试验与研究 2018年第4期31卷 19-24,52页

作者：任利锋邵万仁徐速王伟中国航发沈阳发动机研究所沈阳110015

为深入了解航空发动机排气系统各部件对其红外辐射特征的影响,利用CFD/IR数值模拟方法研究了各部件发射率和内锥体温降对排气系统红外辐射特性的影响。结果表明:中心锥、低压涡轮和喷管扩张段是影响排气系统3～5μm波段红外辐射强度的... 详细信息

为深入了解航空发动机排气系统各部件对其红外辐射特征的影响,利用CFD/IR数值模拟方法研究了各部件发射率和内锥体温降对排气系统红外辐射特性的影响。结果表明:中心锥、低压涡轮和喷管扩张段是影响排气系统3～5μm波段红外辐射强度的关键部件,喷管扩张段和喷管外罩是影响排气系统8～14μm波段红外辐射强度的关键部件;喷管收敛段发射率的改变对排气系统红外辐射强度几乎无影响。所得结论具有较高的工程应用价值,可为发动机红外隐身设计提供参考。

关键词：航空发动机排气系统红外隐身红外抑制红外辐射特性数值模拟

横向射流入射对喷管尾喷流红外辐射及掺混特征的影响研究

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横向射流入射对喷管尾喷流红外辐射及掺混特征的影响研究

作者：李经警南京航空航天大学

学位级别：硕士

论文针对航空发动机尾喷流红外抑制技术,在尾喷口下游引入横向射流,从而强化尾喷流的掺混和红外抑制效果。针对横流入射方式,频率变化以及其与主流频率的匹配关系进行了数值分析与实验研究。首先从尾喷流核心区长度、高温区域面积、3μ... 详细信息

论文针对航空发动机尾喷流红外抑制技术,在尾喷口下游引入横向射流,从而强化尾喷流的掺混和红外抑制效果。针对横流入射方式,频率变化以及其与主流频率的匹配关系进行了数值分析与实验研究。首先从尾喷流核心区长度、高温区域面积、3μm波段红外辐射强度等方面对其宏观效果进行了比较分析,进一步利用大涡模拟算法,从横向射流穿透卷吸深度、拟序结构发展过程、雷诺剪切应力瞬态变化特征等角度分析了横向射流注入后对掺混特性的影响规律,初步揭示了横向射流在不同入射形式下对尾喷流流动掺混和红外辐射特征的影响机制,最后通过实验对不同条件下尾喷流速度场分布及横流入射后雷诺剪切应力的变化验证了本文数值模拟结果。研究结果表明:(1)与轴对称喷管相比,圆转矩喷管尾喷流速度衰减快,核心区长度、高温区面积以及在不同探测面的红外辐射强度均有减小;拟序结构发展和剪切层内雷诺剪切应力变化说明射流流场中涡旋发展耗散速度快、速度边界层脉动强、射流柱易失稳等因素是导致射流核心区长度减小,掺混增强的内在原因。(2)横向射流注入后,尾喷流核心区长度与高温区域面积有明显减小,红外抑制效果也进一步提高。横向射流强化掺混的机制是诱导出CVP结构(反向旋转涡对),其使得流场涡旋发展耗散速度加快,剪切应力峰值与带宽也随之增加,有效地增强了流场的能量耗散效率和射流剪切层的脉动特征;而CVP结构的作用效果与其穿透深度成正相关,卷吸穿透越深,剪切层脉动就越剧烈,强化掺混效果越好,且CVP结构的涡旋强度和穿透深度随横流入射动量比的增大而增加。(3)横向射流稳态入射结果表明,横流入射孔形状变化对强化掺混和红外抑制效果的影响很大,矩形孔强化效果最好,方孔其次,圆孔最弱,这是由于孔的几何形状的变化强化了涡旋的扩展范围和耗散速度。且横流孔排列方式的结果也说明,就轴对称喷管而言,横流垂直对称两股入射的掺混效果最好,其高温核心区长度、面积以及3μm波段红外辐射强度均最小,单股入射次之,而周向四股入射效果最差;圆转矩喷管模型的研究结果也表明,横向射流宽边入射时的强化掺混效果强于窄边入射,同样是垂直对称两股入射强于单股入射,周向四股入射的掺混效果较差。(4)横向射流脉动入射结果表明,在本文模拟范围St≤0.25,横流脉动入射的强化掺混效果好于稳态入射模型,且随横流脉动频率f的增加,掺混进一步增强;拟序结构说明横流脉动入射会强化射流柱的不稳定振荡模式,在射流柱出口近场会存在一个速度剪切层剧烈脉动的区域,这导致横流产生的CVP结构向内卷吸穿透的范围更大更深;在多股横流脉动入射时,其相位差的优化匹配有利于进一步强化掺混。(5)与横流稳态入射和横流单一脉动入射模型相比,横流与尾喷流耦合脉动入射时的强化掺混和红外抑制效果会进一步提高,这是由于耦合脉动入射使得核心区内的涡旋更丰富,结构更不规则,涡旋更易缠绕搭接,耗散率更高。(6)使用热线风速仪在几何、流动相似条件下开展试验,得到了轴对称喷管、二元喷管、轴对称单股入射喷管的尾喷流速度场、剪切应力分布情况,表明了上述数值模拟结果的可靠性,并对模拟中剪切应力分布揭示的掺混机理进行了验证。

关键词：横向射流尾喷流红外抑制强化掺混入射方式耦合脉动热线风速仪雷诺剪切应力

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离散颗粒对热喷流红外辐射特征影响规律研究

离散颗粒对热喷流红外辐射特征影响规律研究

作者：王京南京航空航天大学

学位级别：硕士

气溶胶是目前针对飞机发动机喷口的热部件及发动机排出的高温燃气的3～5μm及8～14μm波段的红外辐射抑制的一种有效方法.气溶胶红外遮蔽的实质是利用悬浮的粒子对红外辐射能量的散射和吸收特性,达到抑制高温尾喷流红外辐射传输的效果。... 详细信息

气溶胶是目前针对飞机发动机喷口的热部件及发动机排出的高温燃气的3～5μm及8～14μm波段的红外辐射抑制的一种有效方法.气溶胶红外遮蔽的实质是利用悬浮的粒子对红外辐射能量的散射和吸收特性,达到抑制高温尾喷流红外辐射传输的效果。为了从机理上研究粒子群衰减特性影响因素及规律,利用Mie理论编写了衰减系数计算程序,分析讨论了颗粒粒径、材料和浓度对衰减系数的影响规律,得出了最佳粒径的结论,并在最佳粒径的情况下计算分析了颗粒材料对衰减系数的影响规律;给出了部分材料在最佳粒径条件下的衰减特性,提出了多分散颗粒材料粒径的选取方法和影响规律,为今后颗粒选材提供了研究手段和参考依据。设计并加工了一套试验系统,完成颗粒浓度、粒径和材料对粒子群衰减系数影响规律的试验研究,通过和计算结果对比,证明本文的计算方法是可行的。以数值模拟研究为主要研究手段,开展了离散颗粒抑制热喷流红外辐射规律研究。其中,颗粒粒径对红外抑制率的影响比较大,本文研究范围内,粒径取1μm左右比较好;颗粒材料对红外抑制率的影响比较显著,所计算的四种材料以SiO和Graphite的抑制率较高;随着喷射质量的增加,抑制率显著增加,但这种增加并不随喷射质量的增加呈线性上升;喷射角度和喷射速度对红外抑制率的影响都不是非常显著。本文的研究成果能够为今后气溶胶在红外隐身领域的深入研究提供参考和帮助。

关键词：红外辐射衰减特性 Mie理论红外抑制射线踪迹法

轴对称引射排气系统对发动机性能和红外辐射特性的影响

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轴对称引射排气系统对发动机性能和红外辐射特性的影响

作者：曹飞飞南京航空航天大学

学位级别：硕士

隐身性是先进战斗机的重要特点之一,涡扇发动机是作战飞机主要动力,其排气系统是其重要的红外辐射源。本文以涡扇发动机尾喷流的红外隐身和发动机增推为研究背景,开展了从风扇涵道/进气道引射气流的涡扇发动机建模和其轴对称引射排气系... 详细信息

隐身性是先进战斗机的重要特点之一,涡扇发动机是作战飞机主要动力,其排气系统是其重要的红外辐射源。本文以涡扇发动机尾喷流的红外隐身和发动机增推为研究背景,开展了从风扇涵道/进气道引射气流的涡扇发动机建模和其轴对称引射排气系统红外辐射特性的研究。论文的主要内容可以分为四个部分:（1）排气系统尾喷流红外抑制的掺混冷却需求分析;（2）引射排气系统设计及性能分析;（3）引射排气系统对发动机性能影响研究;（4）引射排气系统对发动机红外辐射特性影响的数值研究。在排气系统尾喷流红外抑制的掺混冷却需求分析研究部分,提出了从风扇涵道和进气道旁路引射气流来抑制尾喷流红外辐射的方案构想,获得了尾喷流降温与引射气流量的关系,通过数值模拟的方法,初步得到了排气系统在30°～90°角域范围内采用喷流红外抑制方案后的红外特征抑制效果。发现随着红外所要求降幅程度的增加,所需的二次流流量逐渐增多;采用引射排气系统对喷流掺混降温可有效抑制发动机典型状态下喷流的红外特征。在引射排气系统设计及性能分析的研究部分,基于一维流理论建立了一种改进型的引射喷管抽吸特性计算方法,该方法与现有一维方法相比,计算速度相当,计算准确性有显著提高。以某涡扇发动机轴对称排气系统为基准,改型设计研究了引射排气系统在亚声速巡航和超声速巡航状态下的抽吸特性和推力特性。研究结果表明:在亚巡状态下,引射排气系统具有明显的增推作用,与原轴对称排气系统相比,推力增益3%;引射排气系统改善了超音速巡航状态下的推力性能。在引射排气系统对发动机性能影响研究部分,建立了带有从风扇涵道引气和从进气道引气的引射排气系统的涡扇发动机模型,分析了引射排气系统对发动机性能的影响,与常规涡扇发动机相比,带有引射排气系统的发动机可提升起飞、亚声速巡航、跨音速飞行航段的推力,降低尾向红外辐射。在典型状态下引射排气系统对发动机红外辐射特性影响的数值研究部分,与原基准轴对称排气系统相比,采用引射排气系统后,发动机高温羽流核心区长度和喷流区内浓度核心区分别缩减14%和2%;亚声速和超声速巡航状态下,排气系统尾向90°方向,喷流红外辐射降幅15%和3%。

关键词：引射排气系统发动机设计气动性能红外特征红外抑制

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风室压力损失对引射器流动的影响

上海交通大学学报 2005年第2期39卷 173-176页

作者：马会民陈汉平苏明林文光柏旭徐杲刘玉峰上海交通大学机械与动力工程学院上海200030 系统工程部北京100036

实验测量了存在风室压损时引射器引射的二次流流量和风室压损;将测量的风室压损作为数值边界条件,利用有限体积法对存在风室压损时的引射器流动进行了三维数值模拟,并将数值和实验的二次流流量进行了对比.在此基础上,对实际运行情况下... 详细信息

实验测量了存在风室压损时引射器引射的二次流流量和风室压损;将测量的风室压损作为数值边界条件,利用有限体积法对存在风室压损时的引射器流动进行了三维数值模拟,并将数值和实验的二次流流量进行了对比.在此基础上,对实际运行情况下不存在风室压损时的引射器三维流动进行了数值模拟,并同存在风室压损时的流动进行了对比.结果表明,数值模拟结果与实验结果吻合较好,最大误差不超过4%,说明数值算法是合理可行的;压力损失使引射器的流动和引射流量等发生了较大变化,并且使测量的引射流量大大低于无压损时的情况.

关键词：风室压力引射流动红外抑制数值模拟

二元收扩喷管几何参数对气动与红外隐身特性影响数值研究

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二元收扩喷管几何参数对气动与红外隐身特性影响数值研究

作者：王殿磊南京航空航天大学

学位级别：硕士

随着红外探测技术的发展，飞行器红外隐身要求逐渐提高，对排气装置的红外抑制要求也逐渐提高，本文针对发动机排气装置，立足于低红外特征的圆转矩形二元收扩喷管设计技术，针对主要结构参数的影响进行数值模拟研究。本文以某型先进... 详细信息

随着红外探测技术的发展，飞行器红外隐身要求逐渐提高，对排气装置的红外抑制要求也逐渐提高，本文针对发动机排气装置，立足于低红外特征的圆转矩形二元收扩喷管设计技术，针对主要结构参数的影响进行数值模拟研究。本文以某型先进发动机为基础，将其轴对称喷管改形设计为圆转矩形二元喷管(收敛段采用圆转矩形过渡段，扩张段采用矩形扩张段)，针对其关键设计参数（扩张段长度、扩张角、出口宽高比以及过渡段型面）对喷管气动与红外辐射特性的影响进行研究，并进一步针对圆转矩形喷管相对于轴对称喷管容易出现的涵道比增大的现象进行研究，通过对圆转矩形喷管型面优化设计有效减小了其对喷管涵道比的影响。论文利用FLUENT软件进行，数值分析了5种不同扩张段长度、5种不同扩张角以及5种不同过渡型面的圆转矩形收扩喷管模型。分析得到喷管圆转矩形过渡段内部，从亚音速流动到超音速流动的过程中，不同轴向截面上气流流动特征以及沿轴向的气流参数变化特点，为优化设计提供了基础。研究发现，在喷管内部流动中，随着轴向距离的增大，喷管宽边与窄边扩张与收缩效果增强，二次流流动与微团自转增强，这种作用传递到喷管出口，使得主流与外流掺混也逐渐增强。随着喷管长度增加，气流稳定性增强，推力系数有所增加，同时，尾喷流出口温度脉动减弱，高温区长度较大，红外辐射较强。在本文研究条件下，喷管扩张角变化对尾喷流气动与红外特征影响较小。本文研究了4种圆转矩形过渡型面变化对涵道比的影响规律，发现，采用先急后缓的型面面积变化规律能够减小涵道比，而采用先缓后急型面的圆转矩形喷管的涵道比则略大。不同过渡型面对喷管红外辐射特征影响较小。

关键词：涡扇发动机圆转矩形收扩喷管推力系数涵道比红外抑制

圆转矩形喷管出口宽高比对射流雷诺剪应力的影响

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实验流体力学 2012年第5期26卷 42-46页

作者：张勃吉洪湖曹广州黄伟南京航空航天大学能源与动力学院南京210016

采用热线风速仪,利用单斜丝,对宽高比W/H分别为1,4,8,12,16的5个圆转矩形收敛喷管和一个轴对称喷管的射流对称面上雷诺剪应力分布特性进行了实验研究。研究发现:在喷口下游不同截面上,射流宽、窄对称面上的雷诺剪应力沿径向均先缓慢增大... 详细信息

采用热线风速仪,利用单斜丝,对宽高比W/H分别为1,4,8,12,16的5个圆转矩形收敛喷管和一个轴对称喷管的射流对称面上雷诺剪应力分布特性进行了实验研究。研究发现:在喷口下游不同截面上,射流宽、窄对称面上的雷诺剪应力沿径向均先缓慢增大,到达射流边界后迅速减小,射流边界逐渐沿径向外移。矩形喷管射流相比轴对称射流具有较强的旋流,雷诺剪应力较大,且随着宽高比增大,旋流强度增大,剪应力也逐渐提高,导致了射流与外流掺混增强。宽高比大于8以后,增大幅度逐渐减小。射流宽、窄对称面上的分布规律相同。

关键词：圆转矩形喷管射流雷诺剪应力掺混红外抑制