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垂直起降飞行器排气喷管性能研究

作　者: 洪亮
导　师: 徐惊雷
学　校: 南京航空航天大学
专　业: 航空宇航推进理论与工程
关键词: 垂直起降升力损失冲击射流气动下吸动态响应特性
分类号: V275
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

短距/垂直起降技术STOVL(short take off vertical landing)是指飞行器不需要滑跑就可以起飞和着陆的技术。配备升力系统的短距/垂直起降飞行器通过改变排气喷管出口气流方向来平衡飞行器的自重,保持悬停、或垂直起降飞行状态。当飞机近地时，地面改变了喷管气流方向，从而影响了飞机机身的气动流场，产生地面吸附效应（suckdown）造成升力损失（lift loss）,排气喷管超声速冲击射流在地面和飞行器之间的相互作用是造成升力损失的主要因素。针对升力损失问题，国外研究人员做了大量的研究工作，但都局限于静态过程的探讨，而STOVL飞行器在做垂直起降飞行时是一个动态过程，对此问题目前还缺乏详细的研究。本文针对STOVL飞行器垂直起降阶段动态过程的升力损失问题，采用自适应的动网格数值模拟技术和动态试验相结合的研究方法，分别研究了垂直起降飞行器静态、动态过程中的升力损失问题，给出了排气喷管落压比、起降速率等参数对升力损失的影响，并结合纹影技术，对附带升力板的超声速冲击射流流场所特有的平板激波、壁面射流、夹带流动、分离流动等现象进行了研究，并解释了升力损失产生的原因。研究结果表明：冲击高度为升力损失问题的关键影响因素，排气喷管落压比对升力损失也有影响，随NPR增大，升力损失绝对值减小。同时，NPR对升力损失的影响随冲击高度增加而有所下降。针对升力损失动态过程的数值模拟研究发现，起降速率对升力损失的影响主要在近地阶段。动态试验表明流场动态响应时间量级在0.1s，频谱分析显示动态频率特性主要集中在低频段，量级在10Hz。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-6
目录  6-12
第一章绪论  12-21
  1.1 引言  12
  1.2 STOVL 飞行器及排气系统介绍  12-15
    1.2.1 国外垂直起降技术的发展  12-15
  1.3 STOVL 飞行器升力系统的分类  15-17
    1.3.1 矢量喷管升力推进系统  15-16
    1.3.2 升力发动机升力系统  16
    1.3.3 升力风扇升力系统  16-17
  1.4 STOVL 飞行器气动问题概述  17-18
  1.5 STOVL 飞行器排气喷管升力损失的研究概述  18-20
  1.6 本文的主要工作  20-21
第二章 STOVL 飞行器排气喷管升力损失的数值模拟研究  21-42
  2.1 STOVL 飞行器升力损失问题介绍  21
  2.2 基本参数定义  21-22
  2.3 静态升力损失算例校核  22-23
  2.4 静态升力损失的数值模拟研究  23-31
    2.4.1 CFD 模拟方法  23-29
    2.4.2 排气喷管落压比对升力损失的影响  29-31
  2.5 动态升力损失的数值模拟研究  31-40
    2.5.1 CFD 模拟方法  31-33
    2.5.2 起降速率对动态升力损失的影响  33-36
    2.5.3 排气喷管落压比对动态升力损失的影响  36-40
  2.6 静态动态升力损失对比研究  40-41
  2.7 本章小结  41-42
第三章 STOVL 飞行器排气喷管升力损失的试验研究  42-74
  3.1 试验目的  42
  3.2 试验平台  42-53
    3.2.1 气源介绍  42-43
    3.2.2 喷管模型固定台架介绍  43-44
    3.2.3 试验各部件的管路连接说明  44
    3.2.4 试验所用设备介绍  44-48
    3.2.5 试验模型以及试验流程  48-53
  3.3 实验结果分析  53-73
    3.3.1 静态升力损失试验分析  53-60
    3.3.2 动态升力损失试验分析  60-73
  3.4 本章小结  73-74
第四章升力损失的数值模拟与试验结果对比  74-79
  4.1 静态升力损失数值模拟和试验结果  74-78
  4.2 本章小结  78-79
第五章总结与展望  79-81
  5.1 结论  79
  5.2 展望  79-81
参考文献  81-84
致谢  84-86
在学期间的研究成果及发表的学术论文  86

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