混合管结构参数对抑制器气动和红外辐射影响

采用数值模拟的方法,研究了混合管出口宽高比以及混合管出口掺混距离对红外抑制器整体气动性能和红外辐射特性影响,在研究参数范围内得到如下结论:相对于椭圆出口的混合管,矩形出口混合管的引射系数显著增加,且垂直方向3~5 m红外辐射强度峰值降低10.7%;随着矩形出口宽高比从2.2增大到4.6,抑制器总引射系数增大,而总压恢复系数几乎不变;延长混合管出口掺混距离,有助于提高抑制器引射能力,且压力损失几乎没有增加;无论是增加混合管出口宽高比还是增加出口掺混距离,红外抑制器水平方向和垂直方向3~5 m波段红外辐射强度都呈现逐渐减小趋势。     

一体化红外抑制器排气出流对其气动和红外辐射特性的影响

经地面模型实验验证,数值仿真展示了一体化红外抑制器排气出流、模拟旋翼下洗气流和模拟前飞来流相互作用下的流动和换热特征,通过改变排气出流角度和模拟前飞来流速度,计算分析一体化红外抑制器引射、混合特性以及红外辐射强度空间分布的变化规律。仿真结果表明：模拟的前飞来流与排气出流相互作用后会造成局部排气不畅,前飞来流甚至倒灌入红外抑制器内,从而引起抑制器壁面局部高温,增加了抑制器整体红外辐射强度;改变排气角度可将之改善,且存在气动和红外辐射特性兼顾的最佳角度。前飞来流速度从15 m/s提高到55 m/s,抑制器内部高温壁面温度降低,抑制器红外辐射强度峰值在3～5μm波段降低约50%,在8～14μm波段降低约20%。红外抑制器的下洗气流进口加装弯曲导流片可以对内部混合管高温壁面进行遮挡,有效降低顶部视角的红外辐射强度。最佳排气角度下,利用排气下游隔板的遮挡,正对抑制器排气出口方向(底部视角)上的3～5μm和8～14μm波段红外辐射峰值分别降低约50%和33%。     

挡板构型对直升机红外抑制器气动与红外辐射特性影响研究

设计了一种具有引射结构的挡板用以遮挡红外抑制器内部高温部件,同时挡板结构引射环境冷气对其自身表面降温,以大幅度降低红外抑制器红外辐射。采用数值模拟的方法研究了弓形挡板构型对红外抑制器气动性能、温度场与红外辐射强度空间分布的影响。结果表明:与无挡板结构(Case0)相比较,挡板结构将二元引射喷管的引射系数提高115%,红外抑制器的热混合效率增加273%,但红外抑制器总压恢复系数降低7%,红外抑制器3~5 μm波段壁面和气体辐射强度峰值分别降低46%和72%。与单层弓形挡板(Case1)结构相比,设计较优的双层弓形挡板(Case3)可以引射环境冷气,引射系数达到0.1左右,并将其冷端表面平均温度从638 K降低到415 K,红外抑制器3~5 μm波段壁面辐射强度峰值降低84%,气体辐射强度峰值降低80%。总体来看,弓形挡板冷端表面温度受双层弓形挡板内部引射气流、弓形挡板冷端下游滞止涡和二元混合管窄边出口附近的回流冷气三者共同影响。     

波瓣混合器对双S形二元排气系统红外特性的影响

为了研究波瓣混合器对排气系统红外特性的影响,设计了波瓣数分别为12、15、18的波瓣混合器双S形二元排气系统,通过数值计算研究了波瓣数对排气系统红外抑制效果的影响,并与相应的环形混合器双S形二元排气系统对比。研究结果表明,随着波瓣数的增加,排气系统的推力略微升高,最大差值在0.1%以内;波瓣数越少,排气系统内、外涵气流的热混合度越高,尾喷流的最高温度和红外辐射强度越低,波瓣数由18减少到12时,喷流辐射强度最大降低了18.1%;相比环形混合器双S形二元排气系统,在侧向和下方探测面上纯喷流辐射的90方位角,三种波瓣数的波瓣混合器双S形二元排气系统辐射强度分别降低了20.9%和26.9%以上。因此,为了得到更好的红外抑制效果,建议使用较少波瓣数的波瓣混合器。