变比热对激波诱导气动矢量喷管性能的数值模拟

本文主要探讨了"比热变化对激波诱导气动矢量喷管影响的数值研究"这一主题，发表于空军工程大学学报（自然科学版）2011年第5期。研究采用了二维雷诺平均Navier-Stokes方程和RNGκ-ε湍流模型的有限体积法，这一方法考虑了比热随温度变化的效应，这在实际发动机运行，特别是在加力状态下尤为重要，因为喷管内的高温和复杂的流动特性使得比热变异性不可忽视。 研究发现，相比于平均定比热计算，当考虑变比热时，气动矢量喷管的流动特性发生了显著变化。首先，激波的位置前移，其强度也随之减弱，这意味着在喷管出口处，气流的平均速度有所增加。这种变化直接影响到喷管的性能指标。具体来说，推力系数，即单位流量提供的推力，有所提高；推力矢量角，即推力方向相对于正前方的偏斜角度，也增大了；而推力矢量效率，即推力的有效利用率，也有所提升。 论文指出，气动矢量喷管是通过气流之间的相互作用实现矢量推力的技术，具有结构简单、可靠性高等优点。在激波诱导的矢量控制方案中，与喉道偏转等其他方案相比，激波诱导方案表现出更大的潜力。然而，以往的CFD（Computational Fluid Dynamics，计算流体动力学）研究往往假设进口气流为常温空气，无法充分反映真实发动机工作条件下的复杂流动特性。 为了更准确地模拟实际发动机工作状态，作者引入了变比热的考虑，这对于理解和优化激波诱导气动矢量喷管的设计和性能至关重要。通过这一数值仿真研究，研究者能够得到更为精确的喷管流动特性和性能预测，从而为相关领域的工程设计提供重要的理论支持。这项研究深化了我们对高温环境下气动矢量喷管行为的理解，并为进一步改进和优化这类技术提供了科学依据。