特殊用途喷管设计方法与应用

　　随着航空发动机循环参数的不断提高，以及对航空发动机所提出的任务适应性不断增加，常规的收敛、收扩喷管已经不能满足任务适应性或高循环参数的需要，《特殊用途喷管设计方法与应用》从未来战机技术发展或航空发动机多任务适应性的角度，针对未来战机迫切需求的S弯喷管、三轴承偏转喷管和单膨胀斜面喷管三类特殊用途喷管，系统、全面地论述了特殊用途喷管性能的气动设计、流动特性、红外辐射特性、冷／热态实验、性能提升方法，以及特殊用途喷管与航空发动机整机耦合影响等，为开展相关研究的科研人员提供较为全面的基础理论和数据支持。

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目录
丛书序
前言
第1章 喷管的概念及参数定义
1.1 喷管的功能及布局形式 001
1.1.1 喷管的功能 001
1.1.2 喷管的布局形式 002
1.2 典型的特殊用途喷管 002
1.2.1 S弯喷管 003
1.2.2 三轴承偏转喷管 004
1.2.3 单膨胀斜面喷管 007
1.3 喷管的典型截面及几何参数 009
1.3.1 S弯喷管 009
1.3.2 三轴承偏转喷管 009
1.3.3 单膨胀斜面喷管 011
1.4 喷管的性能参数 012
1.4.1 S弯喷管 012
1.4.2 三轴承偏转喷管 013
1.4.3 单膨胀斜面喷管 014
第2章 S弯喷管设计方法及流动特性研究
2.1 引言 017
2.2 S弯喷管设计方法 017
2.2.1 S弯喷管型面设计方法概述 018
2.2.2 S弯喷管的关键几何参数 020
2.2.3 S弯喷管中心线设计 021
2.2.4 S弯喷管流通截面设计 024
2.2.5 S弯喷管低可探测准则的建立 029
2.2.6 S弯喷管的型面生成与修型 029
2.3 涡扇发动机用S弯喷管流动特性研究 030
2.3.1 计算模型及数值模拟方法 031
2.3.2 涡扇发动机用S弯喷管流动特性实验研究 035
2.3.3 双涵道条件下S弯喷管数值模拟方法验证研究 045
2.3.4 涡扇发动机用S弯喷管流动机理分析 047
2.4 几何参数对涡扇发动机用S弯喷管流动特性的影响研究 057
2.4.1 出口宽高比对S弯喷管流动特性的影响研究 058
2.4.2 长径比对S弯喷管流动特性的影响研究 065
2.4.3 遮挡率对S弯喷管流动特性的影响研究 073
2.4.4 两弯轴向长度比对S弯喷管流动特性的影响研究 081
2.4.5 进口旋流对S弯喷管流动特性的影响研究 089
第3章 S弯喷管红外辐射特性影响研究
3.1 引言 099
3.2 红外辐射特性计算方法 099
3.2.1 辐射在介质中的传输 100
3.2.2 离散传递法 104
3.2.3 流场数值模拟方法 106
3.3 几何参数对S弯喷管红外辐射特性的影响研究 107
3.3.1 S弯喷管的红外辐射特性 108
3.3.2 中心线变化规律对S弯喷管红外辐射特性影响 111
3.3.3 出口宽高比对S弯喷管红外辐射特性的影响 116
3.3.4 两弯轴向长度比对S弯喷管红外辐射特性的影响 120
3.4 不同进口条件对S弯喷管红外辐射特性的影响研究 124
3.4.1 发动机构型对S弯喷管的红外辐射特性的影响 124
3.4.2 进口预旋对S弯喷管红外辐射特性的影响研究 127
3.4.3 进口不同气动参数对S弯喷管红外辐射特性的影响 137
3.5 S弯喷管低红外辐射设计准则研究 141
3.5.1 遮挡率对涡喷发动机用S弯喷管红外辐射特性的影响 141
3.5.2 遮挡率对涡扇发动机用S弯喷管红外辐射特性的影响 152
3.6 S弯喷管气动/红外多目标优化研究 157
3.6.1 S弯喷管优化实验设计 157
3.6.2 S弯喷管设计参数对优化目标的影响 160
3.6.3 S弯喷管气动/红外多目标优化 162
第4章 三轴承偏转喷管设计方法与应用
4.1 引言 165
4.2 三轴承偏转喷管气动型面设计方法 165
4.2.1 三轴承偏转喷管几何特征分析 165
4.2.2 三轴承偏转喷管型面设计 166
4.3 三轴承偏转喷管数值模拟方法的数值验证 168
4.3.1 实验台架介绍 168
4.3.2 实验方案及步骤 169
4.3.3 三轴承偏转喷管流动特征的数值验证 170
4.4 三轴承偏转喷管设计 173
4.4.1 三轴承偏转喷管非矢量状态的气动型面设计 173
4.4.2 三轴承偏转喷管矢量状态气动型面设计 175
4.4.3 三轴承偏转喷管运动规律设计方法 179
4.4.4 三轴承偏转喷管驱动力矩设计方法 186
4.5 三轴承偏转喷管定常气动特性 196
4.5.1 三轴承偏转喷管流动特征 197
4.5.2 三轴承偏转喷管气动性能 203
4.6 三轴承偏转喷管地面效应分析 205
4.6.1 计算模型及参数定义 205
4.6.2 平板高度对升力损失的影响分析 206
4.6.3 喷流间距对升力损失的影响分析 208
4.6.4 喷流落压比对升力损失的影响分析 209
4.6.5 喷流动量比对升力损失的影响分析 211
4.6.6 来流速度对升力损失的影响分析 213
4.7 三轴承偏转喷管热态模型试验 214
4.7.1 三轴承偏转喷管热态实验设备介绍 214
4.7.2 三轴承偏转喷管热态实验结果 218
第5章 单膨胀斜面喷管设计方法与应用
5.1 引言 224
5.2 单膨胀斜面喷管设计方法 224
5.2.1 特征线法在SERN型面设计中的应用 225
5.2.2 串联式TBCC发动机用SERN型面设计方法 228
5.2.3 并联式TBCC发动机用尾喷管设计方法 231
5.3 单膨胀斜面喷管流动机理 234
5.3.1 串联式TBCC发动机用SERN流场特性 234
5.3.2 并联式TBCC发动机用尾喷管流场特性 238
5.4 基于主动流动控制方法的串联式TBCC发动机用SERN性能改善 242
5.4.1 带二次流喷射的串联式TBCC发动机用SERN流动机理 243
5.4.2 几何参数对串联式TBCC发动机用SERN性能影响 247
5.4.3 气动参数对串联式TBCC发动机用SERN性能影响 252
5.5 基于主动流动控制方法的并联式TBCC发动机用尾喷管性能改善 257
5.5.1 带二次流喷射的并联式TBCC发动机用尾喷管流动机理 257
5.5.2 几何参数对并联式TBCC发动机用尾喷管性能影响 260
5.5.3 气动参数对并联式TBCC发动机用尾喷管性能影响 265
5.6 基于被动流动控制方法的串联式TBCC发动机用SERN性能改善 270
5.6.1 无源腔改善串联式TBCC发动机用SERN性能的流动机理研究 270
5.6.2 无源腔改善串联式TBCC发动机用SERN的适应工作范围 274
5.6.3 无源腔几何参数对串联式TBCC发动机用SERN性能的影响 277
5.6.4 无源腔轴向位置对串联式TBCC发动机用SERN性能的影响 281
第6章 特殊用途喷管与发动机整机耦合设计与计算
6.1 引言 284
6.2 面向对象的航空发动机总体性能计算方法介绍 284
6.2.1 航空发动机总体各部件计算方法 285
6.2.2 航空发动机整机匹配与特性计算方法 290
6.3 基于代理模型的先进部件与发动机整机耦合计算方法 291
6.3.1 基于数值试验设计的部件计算点选择 291
6.3.2 高精度代理模型建模方法研究 293
6.3.3 基于代理模型的发动机部件与整机性能模型研究 296
6.4 S弯喷管与涡扇发动机耦合计算 296
6.4.1 S弯喷管高精度代理模型建立及评估 296
6.4.2 涡扇发动机整机环境下S弯喷管气动性能计算与分析 300
6.5 三轴承偏转喷管与涡扇发动机耦合计算 304
6.5.1 三轴承偏转喷管高精度代理模型建立及评估 304
6.5.2 涡扇发动机整机环境下三轴承偏转喷管气动性能计算与分析 309
6.6 单膨胀斜面喷管与TBCC发动机耦合计算 313
6.6.1 单膨胀斜面喷管高精度代理模型建立及评估 313
6.6.2 TBCC发动机整机环境下单膨胀斜面喷管气动性能计算与分析 315
参考文献 320