飞机推进系统关键技术－推力矢量技术

首先对飞机推力矢量技术的研究发展概况作了简要介绍 ;然后以第四代战斗机 F- 2 2 /F-1 1 9和三代半战斗机 СУ- 37/АЛ- 37ФЮ 为例 ,说明了推力矢量技术全面满足了第四代战斗机的战技要求 ,第三代战斗机采用了推力矢量技术后已发展为三代半战斗机 ,从而充分论证了推力矢量技术促进了先进战斗机的发展 ;最后指出了推力矢量技术研究发展的有关项目 ,并对我国研究发展该项技术提出了建议     

射流角度对固定几何结构二元喷管气动喉道的影响

采用基于雷诺平均的二维N-S方程和RNG κ-ε湍流模型的有限体积法,对在喷管喉道附近注入不同角度对称射流的二元矢量喷管全流场进行了数值研究.结果表明:射流与主流的总压比RSP越大,射流角度越接近0°,喷管有效喉道面积比越小.与无射流时相比,当射流缝处于喉道处,射流缝宽度为1 mm,射流角度为0°,RSP=1.0时,喷管相对喉道面积比可达到78.15%;保持RSP不变时,改变射流角度,喷管总压恢复系数、推力系数和射流流量基本保持不变;通过改变射流角度可以有效控制喷管的喉道面积.     

单缝流体推力矢量喷管的气动特性

流体矢量喷管重量轻,便于维修,应用前景可观。但二次流的存在造成了流场振荡,因此研究矢量喷管的流动特性具有重要的理论和工程意义。运用数值模拟方法,通过在二元收扩(2DCD)喷管的扩张段引入二次流,研究激波控制的流体推力矢量喷管的气动特性。利用分离涡模拟(DES)湍流模型进行矢量喷管非定常流场的数值计算,先后得到了流场的流线、涡量系数、密度梯度和熵的分布。结果表明:随着流动的发展,激波不断发生振荡,上、下壁面唇口处生成的涡沿着剪切层外侧不断向下游脱落;尾流内上剪切层的摆动角度和熵增皆大于下剪切层。     

外流对轴对称矢量喷管性能的影响

采用有限体积法,求解三维N-S方程,对轴对称矢量喷管内外湍流流场进行了数值模拟。分析了不同外流速度及不同压比下轴对称矢量喷管的内外流场及矢量特性。结果表明:不同压比下,外流对轴对称喷管矢量特性的影响随压比而变化:小压比下,随着外流马赫数的增大,喷管矢量角呈先减小后增大再减小的趋势;而大压比下,矢量角则先增大再减小,并且小压比工况下外流对喷管性能参数的影响大于大压比工况。     

推力矢量发动机燃气舵绕流场数值分析

该文以推力矢量发动机的燃气舵绕流场为研究对象,采用数值分析技术,确定了数值模拟的流动方程以及适合的RNG k-ε湍流模型,对包含舵基、舵片和发动机壳体在内的区域进行了计算.结果揭示了舵基、舵片附近的流动状况和特点,所得结论可以为舵基、舵片的结构设计、安装方式以及控制机构设计提供有益借鉴.通过与试验现象对比,反映出数值计算的结果在一定程度上可以满足工程分析的需要.     

基于微型涡喷发动机的轴对称矢量喷管特性

以微型涡喷发动机为平台进行了收敛型轴对称矢量喷管的数值特性模拟和实验验证。以雷诺时均方程为控制方程,采用SSTk-ω模型研究了在微型涡喷发动机设计状态下轴对称矢量喷管不同几何偏转角下的俯仰推力矢量角特性、推力特性等,并基于该型微型涡喷发动机推力矢量特性实验对仿真模拟结果进行验证和补充。数值模拟和实验的结果表明,喷管出口几何偏转角在0°到20°之间,发动机推力损失较少,且俯仰推力、俯仰推力矢量角与几何偏角具有良好的线性关系。     

推力矢量技术在空空导弹上的应用分析

研究了两种应用于空空导弹的推力矢量技术对导弹总体性能的影响问题.首先建立导弹推力矢量、运动学、动力学以及弹目相对运动数学模型,其次通过导弹性能数字仿真对比分析了两种推力矢量技术的优缺点,最后得到相关研究结论,可为导弹总体设计提供参考依据.     

舵面故障情况下推力矢量在飞艇中的应用研究

推力矢量控制技术是一种先进的推力控制方案,将其应用于飞艇的飞行控制,可以在飞艇低速气动舵面失效或者舵面故障等特殊情况下,辅助甚至替代舵面控制飞艇正常飞行。建立了考虑推力矢量的飞艇数学模型,增加了飞艇的控制余度,分析了飞艇常见的舵面故障形式,研究了推力矢量对飞艇舵面故障的补偿和重构。仿真结果表明,推力矢量可以在舵面故障情况下对飞艇进行有效的控制,提高飞艇飞行的安全性和可靠性。     

射流角度对流体控制矢量喷管的影响

采用基于雷诺平均的三维N-S方程和RNGk-ε湍流模型对某型喷管射流注入时的全流场进行了数值模拟,计算结果和试验数据符合良好。为研究射流注入角度对喷管流场的影响,数值模拟了9组射流角下的喷管流场,计算结果表明:射流垂直壁面注入时产生的推力矢量角最大,逆流注入气流对喷管流场的改变要明显大于顺流注入气流的影响,但产生的损失也较大。     

推力矢量喷管设计与气动特性分析研究

二元矢量喷管结构简单,隐身特性好,在多种隐身飞机上得到了应用。本文发展了一种“圆转方”二元喷管型面设计方法,基于此方法设计了二元喷管和两型矢量喷管,一型通过二元喷管壁面几何偏转实现,另一型由塞式中心体偏转实现。数值模拟了“圆转方”喷管以及这两型矢量喷管的内外流场,对其推力系数、流量系数、有效推力矢量角等性能参数进行了计算和分析对比,给出了对二元矢量喷管设计具有参考价值的推力矢量角的影响因素及其影响规律。     

推力矢量燃气舵的受力分析及其模拟实现

在大量试验的基础上,首先进行推力矢量燃气舵受力分析,论述了推力矢量燃气舵和弹体间的相互作用关系,推出了力与力矩相互转换的转换矩阵,并应用该转换矩阵推导出燃气舵坐标系下的驱动铰链力矩.其次,对舵机系统进行大量模拟试验,以验证舵机系统在受到燃气舵力和力矩综合作用下的正确性,针对推力矢量舵机的受力情况提出了其模拟实现的初步方案.     

基于推力矢量的水下高速射弹控制研究

针对水下高速射弹的尾舵自身产生空化等的不足,提出了利用空化器和推力矢量实现对水下高速射弹的运动控制方案．首先,对水下高速射弹的非线性数学模型进行了线性化处理,得到了系统定深航行的状态空间模型;然后,分别应用鲁棒极点配置算法和最优控制算法设计系统的控制器并进行了仿真分析,仿真结果显示系统的动态性能得到明显改善,并且最优控制算法在系统深度控制方面具有更加优越的性能．     

火箭推力偏心特性研究

该文应用巴特勒提出的五面体双特征曲线网格方法对火箭喷管扩张段内的非定常非对称流场进行了数值模拟,获得了锥形喷管侧向推力随时间的变化曲线。分析表明,该文计算的侧向推力结果与定常状态下的数据是吻合的。证明五面体双特征曲线网格方法可用来研究非定常流动条件下的推力偏心特性。     

微型航空发动机推力矢量系统建模与控制

以微型航空发动机推力矢量系统为对象,对先进战机缩比验证机的推力矢量系统进行了建模与控制研究。对推力矢量系统建模,采用了机理模型结合试验数据的方法,引入了气动偏角与推力损失系数,对机理模型进行了修正。控制律设计采用改进后的广义最小方差方法,在保证响应速度的同时,相比传统广义最小方差方法降低了对控制参数的敏感性。最后在全工况区间对修正后的推力矢量系统进行了控制律的仿真验证,结果表明:所建立的基于改进广义最小方差控制律在经过修正的推力矢量系统模型上,具有良好的控制效果。     

可压缩修正的k-ε模型在喉部射流推力矢量喷管中的应用

对标准的k-ε双方程湍流模型进行了可压缩性修正,并数值研究二次流矢量喷管中二次流不同入射角度时,二次流入射质量比对矢量偏角、推力效率的影响.通过比较实验数据,发现可压缩修正的k-ε双方程模型较标准k-ε模型、单方程湍流模型具有更好的计算精度.数值研究结果发现,二次流在获得较大的矢量偏角同时,系统推力效率降幅较小;当二次流入射角度为150°时,系统具有最大的矢量偏角.     

模型参考模糊自适应控制的推力矢量电液位置伺服系统

研究推力矢量电液位置伺服系统的模型参考模糊自适应控制.这类系统存在着参数变化和加性扰动,为解决这一类非线性的控制问题,引入模型参考模糊自适应机构,构成模型参考模糊自适应控制(MRFAC).与传统的PID相比,该方法提高了推力矢量电液位置伺服系统阻尼比,改善了系统的动态性能,并且可以有效抑制参数变化及外力扰动,具有很强的鲁棒性.     

推力矢量发动机燃气舵系统的设计与分析

本文对推力矢量发动机燃气舵进行总体设计,构建燃气舵控制系统的仿真模型,为实用的推力矢量控制装置提供了有价值的参考。首先在大量试验的基础上,对推力矢量燃气舵进行初步设计,通过对燃气舵系统的受力分析,找出弹体和燃气舵之间的相互作用关系,推出了弹体和燃气舵片之间力的转换关系,燃气舵片偏角和舵机转角之间的转换关系,进而推导出燃气舵系统的铰链力矩;其次,对燃气舵系统进行力矩分析和力学转换,确定舵机系统受到的负载,结果表明,所设计的燃气舵曲柄滑杆传动机构能够有效减小铰链力矩对舵机系统的负载;最后,构建燃气舵系统数学模型,利用MATLAB对其进行仿真并取得了较好的效果,最终实现燃气舵系统的PID精确控制,为燃气舵系统的设计和控制研究提供了依据。     

推力矢量控制在掠飞击顶弹道中的方案分析与优化

基于反坦克导弹总体设计方案,在导弹头部加入推力矢量控制装置,以实现导弹在弹道末端折转击顶.建立了推力矢量控制阵列模型,分析了推力矢量控制与飞行参数之间的关系,并基于离散二次规划法对推力矢量控制方案进行了优化. 结果表明,优化后的TVC方案避免了弹体抬头的现象发生,提高了导弹击顶时的落角,可降低对战斗部的指标要求.     

推力对高速入水流场特性影响

采用商用CFD软件FLUENT 6.3,建立了求解带自然空化的水、气、汽三相流场,用UDF来解算并控制导弹运动,实现了考虑自然空化和弹体多自由度运动响应的高速入水非定常流场数值计算。多相流模型采用Mixture模型,湍流模型采用标准k-ε模型,压力速度耦合方式和离散方法分别为SIMPLE和Standard,动网格更新方式采用Layering方式。内嵌的UDF可以实时输出弹体受力和运动参数。采用流场-弹道耦合算法数值模拟了回转体外形导弹以20°入水角入水时的高速入水流场,分析并获得了推力对入水空泡和自然空泡的产生、变化发展过程以及弹体流体动力的影响规律。     

推力对高速入水流场特性影响

采用商用CFD软件FLUENT 6.3,建立了求解带自然空化的水、气、汽三相流场,用UDF来解算并控制导弹运动,实现了考虑自然空化和弹体多自由度运动响应的高速入水非定常流场数值计算。多相流模型采用Mixture模型,湍流模型采用标准[WTBX]k-ε[WTBZ]模型,压力速度耦合方式和离散方法分别为SIMPLE和Standard,动网格更新方式采用Layering方式。内嵌的UDF可以实时输出弹体受力和运动参数。采用流场-弹道耦合算法数值模拟了回转体外形导弹以20°入水角入水时的高速入水流场,分析并获得了推力对入水空泡和自然空泡的产生、变化发展过程以及弹体流体动力的影响规律。