三维流线追踪截短偏置超声速尾喷管非设计工况性能分析①

鲁广钊，周 帅，张 帅，郑 耀

(1.浙江大学 航空航天学院，杭州 310027；2.中国航空发动机研究院，北京 100074)

0 引言

超燃冲压发动机不需要携带氧化剂且能提供较大的比冲，相比于传统火箭发动机是更适合高超声速飞行器的动力解决方案[1]。尾喷管是超燃冲压发动机中提供推力的主要部件，非对称喷管可以把飞机后体作为膨胀面的一部分使用，适合与机身进行一体化设计。尾喷管在多种情况下的工作性能影响到高超声速发动机的性能，研究尾喷管在非工况情况下的性能对于设计高超声速飞行器使其在较宽的飞行范围内保持高性能有重要意义。

常用的高超声速尾喷管设计方法是基于特征线法(MOC)[2]提出的最短长度设计方法(MLN)[3]设计给定长度的二维单斜面膨胀喷管(SERN)，目前国内外针对SERN已存在大量研究[4-8]，二维单斜面膨胀喷管拓展到三维情况下需要指定侧向扩张角、斜切角等[9]，这导致喷管实际流场结果受到侧向膨胀影响无法在整个流场中符合设计情况。本实验室的付磊[10-11]运用最短长度理论以及非线性截短方法[12]设计了轴对称喷管，通过数值模拟得到流场，再以该流场为基准采用流线追踪[13]的方式在偏离流场轴线处取圆形进口，提取流线，进行拟合得到偏置尾喷管。通过截短设计后得到的尾喷管整体长度更短易于发动机的装配，偏置设计可以使喷管产生俯仰力矩，易于与飞行器进气道及整体力矩配平。本实验室的朱美军[14]在设计过程中针对非线性截短过程引入了优化，在一定长度范围内保证了喷管最优的推力性能和升力性能。……