超燃冲压发动机尾喷管流线追踪设计

推进技术2011年2月Feb.2011

JOURNALOFPROPULSIONTECHNOLOGYVol.32No.1第32卷第1期



超燃冲压发动机尾喷管流线追踪设计

卢

鑫，岳连捷，肖雅彬，张新宇

（中国科学院力学研究所，北京100190）

摘

*

要：为了满足超燃冲压发动机三维流道排气系统一体化设计需要，基于轴对称最大推力喷管流动的基准

流场，采用流线追踪方法发展了三维尾喷管构型设计技术。根据典型的高超声速飞行条件，设计得到了进口方形，尺寸50mm×50mm，长度560mm，出口高度147mm的三维尾喷管无粘构型，并对其进行了粘性修正。对该尾喷管构型在设计状态进行了无粘和有粘流场计算，得到了推力和升力等性能参数，并对其流场结构有了初步的认识。计算发现，流线追踪构型能有效增大推力，而粘性力是造成推力损失的重要因素。

关键词：三维尾喷管设计；流线追踪；超燃冲压发动机中图分类号：V235.213

文献标识码：A

4055（2011）01-0091-06文章编号：1001-

Designofscramjetnozzlebasedonstreamlinetracingtechnique

LUXin，YUELian-jie，XIAOYa-bin，ZHANGXin-yu

（Inst．ofMechanics，AcademiaSinica，Beijing100190，China）

Abstract：Todesigntheexhaustsystemforscramjetwiththree-dimensionalflowpath，amethodfordesigningthree-dimen-sionalscramjetnozzlewasdeveloped．Itemployedstreamlinetracingtechniquebasedonflowfieldofaxisymmetricnozzlewithoptimumthrust．Accordingtoatypicalhypersonicflightcondition，aninviscidnozzlewithrectangularentranceof50mm×50mm，lengthof560mmandheightofexit147mmwasconstructedandthentheboundarylayercorrectionwasapplied．Invis-cidandviscousflowfieldswerecomputedonthedesignpointtogetthrustandliftofthenozzle．Comparedwithtwodifferentnozzlesconstructedwithstraightwalls，itisfoundthatnozzledesignedbystreamlinetracingtechniquecansignificantlyin-creasethethrustandtheviscousforceisanimportantfactortodecreasethethrust．

Keywords：

Designofthree-dimensionalnozzle；Streamlinetracing；Scramjet

［1～3］

，度等几种设计方法并对其进行了深入的数值计

算和实验研究。国内相关研究也集中在二维构型设［4～8］

。近年来，计计算层面，取得了一定的成果随着

三维流道设计重新受到关注，三维尾喷管构型又回到［9］

了人们的视野。与二维流道相比，三维流道湿面积小，从而可以减小粘性损失。但是相对来说，三维

1引言

采用非对称构型设计的高超声速飞行器，通常将

燃烧室出口之后的整个飞行器后体作为膨胀面，称之为尾喷管。尾喷管的作用在于将燃烧室产生的高温高压燃气膨胀加速产生推力，是高超声速飞行器推力产生的关键部件。因此，对尾喷管进行精细设计有助于解决采用超燃冲压发动机为动力的高超声速飞行器净推力不足难题。

超燃冲压发动机尾喷管通常分为两类：与二维流道相匹配的单面膨胀构型及与三维流道相匹配的三维膨胀构型。20世纪80年代以来，各国都对单面膨胀构型进行了细致的研究，发展了最大推力、最小长

*

尾喷管构型还处于探索性研究阶段，设计方法还不成

熟，对其流场结构、性能参数等认识还不深入。流线追踪方法是一种在高超声速推进技术领域常用的气动构型设计方法。其基本思想是通过对具有某种特性的基准流场内特定封闭曲线的追踪，形成流动通道而达到构型设计的目的。流线追踪的优点在于能充分保持基准流场内良好的流动

11-30；修订日期：2010-02-22。收稿日期：2009-mail：luxin@imech.ac.cn作者简介：卢鑫（1983—），男，博士生，

第1页下一页