1、第六章 排气系统的工作原理与特性第四讲 其他形式喷管及机后体的干扰效应6.4 其他形式的喷管简介6.4.1 引射喷管 引射喷管是由一个可调收敛喷管(称为主喷管)和一个同心的外套管组成。由主喷管喷出的高压燃气称为主流,由外套管中引入的二股气流称为次流。常见的引射喷管有下面几种结构形式:简单固定式引射喷管、完全调节式喷管、带辅助进气门式喷管等,如图6-15所示。 下面以圆筒形外套管的引射喷管为例来说明引射喷管的工作原理。从发动机排出的燃气通过收敛形主喷管时,当主喷管的可用降压比比最大降压比(或临界降压比)大时,主流在主喷管出口截面达到临界状态,主流从主喷管流出后在周围的亚 次流中 ,形成 流体 面
2、( 主流与次流的 界面), 形成 一个 为流体 面的收敛一 形喷管, 主流以 从外套管中排出,如图6-16所示。次流 次流流 流动时,作 流动,压 、 下降。 为次流 主流 流动时, 主流 气 作用, 主流的 有 作用。 次流流的同,主流射出的流 发currency1应的“。当次流流(fifl )时,主流在 临界状态工作时,一流出主喷口射流 外 , 外套筒 面。 时主流个外套管的通”, 一状称为 状态, (a) 简单固定式 (b)固定(可调)式 (c)带辅助进气门式图6-15 引射喷管的形式如图6-17。 次流流的 大, 主流外套管 面,形成一定形状的流体 面。由 可见,次流流 可以主流在外套
3、管中的 , 可 喷管 到动调节的作用。1次流主流 89图616 引射喷管的流动 图617 “ 状态引射喷管结构简单, ,性, 为发动机 的 气流, 在 进系统中 到 应用。6.4.2 喷管 喷管 称为 喷管,是一种可以 排气 的 喷管, 机 进的 外, 用fl 的 、和 的 ,其有效 一 大fl20。 喷管 可 为单 喷管和 喷管。单 喷管 , 喷管可 、 及 等 种以 的 截面形状可 为 称 喷管和 称 喷管 气流 可 为流 形式和外流 形式,流 形式的 喷管,气流在 喷管出口 ,可以在收敛 , 可以在 。外流 形式是在 喷管出口的下 气流中 装 , 喷管气流 外, 有一种射流 喷管 案,其
4、 喷管本身一 为可调的固定式 喷管,流”面积的调节和气流 的 是通过机械 式是通过气动 式实现的, 从侧 喷管流”中通入气流,通过调节该气流的压 、流来调节 喷管喉”面积、出口面积和有效 。 目 机 实际 用的 喷管主要有二元收敛一 形 喷管、 称 喷管和 二元 喷管。(1)二元收敛一 形 喷管二元收敛一 形 喷管是一种单 喷管, 主要有 种 案,一种具有 、,见图6-18另一种仅具有 , 们的 均大fl20。(a) 正常 (b) (c) 状态 (d) / 图6-18 二元收敛 形 喷管的 案(2) 称 喷管2 称 喷管有 种 (气流 )的 案。一种是在喷管的进口 装 (a) 状态 (b) 正
5、常状态图6-19 称 喷管 案一机构,实现喷管的体 另一种是 是在喷管的 增 调节机构来 的 和 。图6-19是第一种 案的典型代表, 在喷管与 筒体之间增 一个球形 作为喷管 的和调节机构,喷管本身的结构基本, 个喷管实现360全 ,从获 在020范围的 和 。图6-20展示的是第二种 案的典型代表, 则是保留基本原型喷管的收敛 及喉”面积调节机构,增 一套可 的调节机构,可 喷管的 绕喷管 线在360的空间范围9A 作动筒支架9A作动筒9A作动筒9A 作动环支撑9A作动环9A作动环 调节片 密封片中心调节装 外调节片图6-20 称 喷管 案二全 , 在任意剖面 获 020范围的 。(3)
6、二元 喷管 二元 喷管由喷管进气 、 下球面收敛调节板、 下 调节板、左右侧板和作动机构五个主要 构成,见图6-21。其收敛 为球形, 为 形,流”从圆形到 形的过渡直发在喉”处,取消 二元收一 喷管的流”由圆 的过渡 , 其currency1 二元收一 喷管降低 20。3球形机匣8A作动筒侧 调节片球形收敛片下档板表面 调节片铰链图6-21 二元 喷管简图其工作原理如图6-22所示,通过球面收敛调节板异 动, 喷管喉”面积通过 调节板的同 动 ,获 调节板异 动来 出口面积大,气流的 程 当个喷管绕进气 左右 动时,获 当球形收敛 关到极限 时,喷管喉”关闭,气流从喷管进气 四个周均布的排气
7、口排出, 。可见,与单纯的二元收敛一 形 喷管 同, 种 二元 喷管通过其球面收敛 的 动, 喷管排气气流 可以在360空间范围“。(a)常规状态 (b) 状态 (c) 状态图6-22 二元 喷管工作原理图6.5 排气系统与机后体的currency1互干扰 从 喷管喷出的高 气流与绕机后体的外流在喷管出口处currency1遇时, 们之间必然发currency1互干扰,结果一 面影响机后体的流场,同时 影响喷管气体的流动特性。 种currency1互干扰将影响机后体及排气系统的阻 。 ,在 计排气系统时必须注意 一问题, 、外流之间的currency1互干扰最, 是机 进系统一体“ 计的一个要
8、 面。下面简介一些关fl外流currency1互干扰的基本概念。6.5.1 外流 喷管流的影响 fl收敛形 喷管,当其处fl亚临界工作状态时, 喷管出口为亚 气流, 当外流currency1互干扰时,其压 扰动将 喷管 传递,从影响到 喷管附面层的发展,同时 影响到 喷管出口处的 布, 其均性增强,增大喷管的流动损失。 当收敛一 形 喷管处fl严的过 状态时,外流将严地影响 喷管的 。 为 时在喷管( )出现 伴有气流 ,外流与流干扰所引 的压 扰动 直影响到 的 和气流 的大, 喷管的流动损失及附面层的稳定性都受到影响,喷管的 必然受到影响。6.5.2 流 后机身及底阻 的干扰效应 在亚 下
9、,绕后机身的外流在主流的剪切作用下,一 将卷入混合 带走,从 机后体及底的流动状态,引 机后体阻 “, 时影响大的是机后体表面的摩擦阻 和底阻 。4在 下,喷管的工作状态 外流的影响大, 为流射流的形状与喷管的工作状态密切currency1关。图6-23表示 在流射流的干扰下,绕机后体外流流动状态的“形。当喷管处fl完全 状态时,射流从喷管流出后再 ,机后体绕流的压 与喷管出口压 几乎currency1等,干扰程 ,机后体表面的附面层贴体,有可形成 压缩 ,如图6-23(a)所示。当喷管处fl完全 状态时,流射流外 ,流压 大fl外流压 ,与绕机后体的外流currency1遇时由fl压 扰动将
10、形成 ( 系),但当压 差太大时, 强 大。流压 大fl外流压 时 个压 差在机后体表面 附面层 传递, 附面层处fl逆压梯 的作用之下,但由fl压 差太大,尚 以 附面层发 ,如图6-23(b)所示。 喷管完全 程 的 剧,流出口压 之增大,外流受到的阻滞作用增强, 强 增大。同时,附面层逆压梯 来 大,当 压 梯 大时,将引 附面层气流 ,与 外流干扰 强,形成 等 的 系,如图6-23(c)所示。外流压缩 附面层流 (a) ( b) ( c)图6-23 流 外流的影响 可见,流与外流的currency1互干扰引 外流流动状态的 ,从影响到机后体的阻 ,如 阻、底阻 、摩擦阻 等等。 地 定由fl外流currency1互干扰效应 的阻 “是比 的。在工程 , 计 常用 的fi 来 定 种阻 ,但是有大的 限性。fi 来 计 机 、 的发展和一些比 进有效的计 的出现, 在一些 计和 问题中用 来计 机后体与喷管的干扰流场, 到的结果,在一定程 节 实 的用和时间, 干扰的影响有currency1当大的助, 是一种常有 currency1的 。5