收稿日期
作者简介 罗 静 女 湖北宜昌人 硕士生 ｌｕｏｊｉｎｇ ｙａｈｏｏ ｃｏｍ ｃｎ
两 种 流 体 控 制 方 案 矢 量 喷 管 内 流 场 计 算 及 分 析
罗 静 王 强 额日其太
北京航空航天大学 能源与动力工程学院 北京
摘 要 在激波诱导和喉道倾斜 种流体控制方案下 对推力矢量喷管的
二维内流场进行了数值模拟 用局部加密的四边形结构网格对流场进行网格划分之
后 采用二阶迎风离散格式和二方程湍流模型求解强守恒形式的 ＮａｖｉｅｒＳｔｏｋｅｓ 方程
通过对内流场的模拟获得流体控制推力矢量喷管方案的推力矢量特性 计算结果表
明 对于激波诱导矢量控制方案 在小落压比大注气量且后缝注气的情况下所产生的
矢量角最大 对于喉道倾斜矢量控制方案 在扩张片上以与主流成某一角度的方向注
入气流产生的矢量角最大且没有带来较大的推力损失 喉道倾斜矢量控制方案因其
推力损失较小且能够降低喷管的重量与造价而更具发展前景
关 键 词 流体控制 数值模拟 矢量喷管 内流特性
中图分类号 Ｖ
文献标识码 Ａ 文 章 编 号
Ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｔｗｏ ｆｌｕｉｄｉｃ ｔｈｒｕｓｔｖｅｃｔｏｒｉｎｇ ｃｏｎｃｅｐｔｓ
ｏｎ ｎｏｚｚｌｅ ｆｌｏｗ ｆｉｅｌｄ
Ｌｕｏ Ｊｉｎｇ Ｗａｎｇ Ｑｉａｎｇ Ｅｒｉｑｉｔａｉ
Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｊｅｔ Ｐｒｏｐｕｌｓｉｏｎ Ｂｅｉｊｉｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ａｅｒｏｎａｕｔｉｃｓ ａｎｄ Ａｓｔｒｏｎａｕｔｉｃｓ Ｂｅｉｊｉｎｇ Ｃｈｉｎａ
Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｔｗｏｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ ｉｎｔｅｒｎａｌ ｆｌｏｗ ｆｉｅｌｄ ｏｆ ｔｈｒｕｓｔｖｅｃｔｏｒｉｎｇ ｎｏｚｚｌｅｓ ｗａｓ ｃａｌｃｕｌａｔｅｄ ａｔ ｔｗｏ ｆｌｕｉｄｉｃ ｔｈｒｕｓｔ
ｖｅｃｔｏｒｉｎｇ ｃｏｎｃｅｐｔｓ ｏｆ ｓｈｏｃｋ ｖｅｃｔｏｒ ｃｏｎｔｒｏｌ ａｎｄ ｆｌｕｉｄｉｃ ｔｈｒｏａｔ ｓｋｅｗｉｎｇ Ｂａｓｅ ｏｎ ｔｈｅ ｐａｒｔｉｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ｑｕａｄｒａｎｇｕｌａｒ
ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｄ ｍｅｓｈｅｓ ｗｈｉｃｈ ｗｅｒｅ ｄｅｎｓｉｆｉｅｄ ｐａｒｔｌｙ ｔｈｅ ＮａｖｉｅｒＳｔｏｋｅｓ ｅｑｕａｔｉｏｎ ｗａｓ ｓｏｌｖｅｄ ｂｙ ｍｅａｎｓ ｏｆ ｓｅｃｏｎｄ ｏｒｄｅｒ ｕｐ
ｗｉｎｄ ｄｉｓｐｅｒｓｅ ｓｃｈｅｍｅｓ ａｎｄ ｔｗｏｅｑｕａｔｉｏｎ ｔｕｒｂｕｌｅｎｔ ｍｏｄｅｌ ａｎｄ ｔｈｅ ｔｈｒｕｓｔｖｅｃｔｏｒｉｎｇ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆ ｆｌｕｉｄｉｃ ｔｈｒｕｓｔｖｅｃ
ｔｏｒｉｎｇ ｎｏｚｚｌｅ ｗａｓ ｇｏｔ ｔｈｒｏｕｇｈ ｎｕｍｅｒｉｃａｌ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ ｉｎｔｅｒｎａｌ ｆｌｏｗ ｆｉｅｌｄ Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｉｎｄｉｃａｔｅ ｔｈａｔ ｆｏｒ ｓｈｏｃｋ ｖｅｃｔｏｒ
ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｍａｌｌ ｎｏｚｚｌｅ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｒａｔｉｏ ａｎｄ ｌａｒｇｅ ｉｎｊｅｃｔ ｍａｓｓ ｆｌｏｗ ｒａｔｅ ｗｏｕｌｄ ｒｅｓｕｌｔ ｉｎ ｌａｒｇｅｒ ｖｅｃｔｏｒ ａｎｇｌｅ ｆｏｒ ｆｌｕｉｄｉｃ
ｔｈｒｏａｔ ｓｋｅｗｉｎｇ ｓｍａｌｌｅｒ ｆｌａｐ ｉｎｊｅｃｔｏｒ ａｎｇｌｅｓ ｗｏｕｌｄ ｒｅｓｕｌｔ ｉｎ ｌａｒｇｅｒ ｖｅｃｔｏｒ ａｎｇｌｅ ｗｉｔｈｏｕｔ ｔｈｒｕｓｔ ｌｏｓｓ ｆｌｕｉｄｉｃ ｔｈｒｏａｔ
ｓｋｅｗｉｎｇ ｃｏｎｃｅｐｔ ｉｓ ｐｒｏｓｐｅｃｔｉｖｅ ｆｏｒ ｉｔｓ ｓｍａｌｌｅｒ ｔｈｒｕｓｔ ｌｏｓｓ ｌｏｗｅｒ ｎｏｚｚｌｅ ｗｅｉｇｈｔ ａｎｄ ｃｏｓｔ
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ ｆｌｕｉｄ ｃｏｎｔｒｏｌ ｎｕｍｅｒｉｃａｌ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｖｅｃｔｏｒｉｎｇ ｎｏｚｚｌｅｓ ｉｎｔｅｒｎａｌ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ
为保证发动机在矢量控制和喉道调节状态下
都能正常工作 传统的解决方案是采用机械调节
式矢量喷管 但这种喷管结构大大增加了推力系
统的重量和造价 不利于高性能发动机技术的发
展 为打破传统技术的约束 近年来国外许多研究
机构开展了利用流体控制实现推力矢量的喷管技
术研究
这种矢量喷管不同于机械调节式矢
量喷管 它通过气流间的相互作用实现矢量偏转
和喉道调节 喷管的几何形状是固定的 喷管的高
温运动部件减少 结构简单 重量和造价大大降
低 流体控制推力矢量喷管技术经过近 年的发
展 有了很大进步 提出了多种具体的流体控制产
生推力矢量的方法 目前研究较多的是激波诱导
矢量控制方案和喉道倾斜矢量控制方案
本文通过求解二维 ＮＳ 方程 首先对激波诱
导矢量控制的喷管内流场进行了数值模拟 并与
试验结果
进行了分析比较 给出了几何参数和
气动参数对推力矢量控制的影响 在此基础上对
年 月
第卷 第期
北 京 航 空 航 天 大 学 学 报
Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｂｅｉｊｉｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ａｅｒｏｎａｕｔｉｃｓ ａｎｄ Ａｓｔｒｏｎａｕｔｉｃｓ
Ｊｕｌｙ
Ｖｏｌ Ｎｏ
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