三维可调喷管的流动数值模拟研究

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拉伐尔喷管是瑞典人拉伐尔在 1883 年在蒸汽涡轮机上应用的喷管。喷管的截
面积首先变小然后再变大，从中间通过的气体可被加速到超音速，气体在截面积
最小处敲达到声速。喷气式发动机排气系统的主要功能是将发动机燃烧室生成
的高温、高压燃气膨胀加速排出机体，从而产生发动机的推力。虽然各种飞行器、
发动机排气系统的结构因功能要求而不同，但其主要构件为喷管，它可以实现排
气系统的主要功能。复杂的喷管具有流道面积调节装置、推力矢量调节装置、噪
声抑制装置以及冷却空气系统等。
喷气发动机的性能受完成其热力循环的进气系统、发动机本体和排气系统三
者的综合影响。对于冲压发动机，当飞行速度为超声速时，组成推进系统的进气
道、发动机和喷管在整个飞行过程中的工作匹配非常重要。如果在飞行中出现三
者不匹配现象，将会出现发动机严重不稳定，使飞行任务失败。喷管的工作在各
种飞行条件下，对进气道、燃烧室的工作影响较大。喷管的喉道面积是确定发动
机推力和耗油特性的主要发动机几何尺寸。有研究表明，喷管的性能极大地影响
发动机的工作特性，特别是对发动机推力和耗油率的影响。
随着新-代导弹对发动机提出的小体积、大推重比、更长的工作时间、更好
的机动性能、更宽广的工作范围等新设计要求，作为对排气系统的喷管设计更加
重要。随着导弹对推进系统机动性的进-步提高，可调喷管或推力矢量喷管在导
弹用发动机排气系统中的作用愈加重要。