双喉道射流推力矢量喷管的数值模拟优化与性能分析

本文档深入探讨了双喉道射流推力矢量喷管的数值模拟研究，发表于2009年12月的《西北工业大学学报》。作者张强、杨永和李喜乐在国防科技重点实验室进行了这项工作。论文的核心内容集中在利用数值模拟方法来分析和优化双喉道喷管的设计，以实现推力矢量的控制。 双喉道喷管的工作原理是通过在主喷流通道中引入次流，改变气流的流动特性，从而产生推力矢量，即喷管的方向变化。研究中，作者们关注了关键设计参数，如主喷流压比NPR（主喷流速度与当地音速的比例）、次流注入角度、空腔收敛角以及上游喉道高度。他们通过对这些参数的系统性研究，验证了数值模拟在推力矢量喷管设计中的有效性。 在实验和数值模拟的对比中，他们发现当主喷流压比设定为NPR=4，且次流注入量为3%时，一个较优的参数组合被确定下来：次流注入喉道长度l为2.6倍于喉道直径hdt，上游喉道高度hut为0.96倍hdt，次流注入角度分别为θ1=10°和θ2=40°，以及喷管的反流角度φ=130°。这个方案下，喷管产生的推力矢量偏角达到了14.65°，表现出相当高的矢量效率，达到98.85%，这在当时是比较先进的技术水平。 文章还提到了与传统排气喷管推力矢量技术的比较，如激波控制和声速面偏斜控制，前者虽然能提供较大的推力矢量偏角，但伴随有较大推力损失；后者虽然推力损失较小，但效率相对较低。双喉道喷管则结合了两者的优点，既保持了较高的推力系数，又实现了较高的矢量效率，这对于推进系统设计具有重要意义。 总体来说，这篇论文不仅提供了双喉道射流推力矢量喷管的详细设计和性能分析，也为未来类似技术的发展奠定了理论基础，展示了数值模拟在航天工程中对于复杂流体动力学问题的强大应用能力。