一種用于二元噴管出口的低紅外特征波瓣引射混合裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明專利涉及飛行器紅外輻射特征的抑制技術(shù)領(lǐng)域，具體而言，主要涉及一種用于二元噴管出口的低紅外特征波瓣引射混合裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]在當(dāng)前復(fù)雜的電磁搜索探測(cè)環(huán)境和先進(jìn)地空和空空武器裝備的威脅下，飛行器的戰(zhàn)場(chǎng)生存環(huán)境日趨惡化。如何提高戰(zhàn)場(chǎng)上飛行器生存能力，并實(shí)施有效的對(duì)敵攻擊，成為了現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)急需發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)之一。據(jù)統(tǒng)計(jì)，上世紀(jì)80年代以來(lái)的幾次空戰(zhàn)中，被紅外制導(dǎo)導(dǎo)彈擊落的飛機(jī)占戰(zhàn)爭(zhēng)中所有被擊落飛機(jī)總數(shù)的70~80%，各國(guó)飛行器均面臨著近距格斗紅外空空導(dǎo)彈的威脅，其中主要是第三代紅外空空導(dǎo)彈的威脅。而且隨著第四代紅外空空導(dǎo)彈的快速發(fā)展，其威脅也日趨加劇。面對(duì)日益嚴(yán)重的紅外制導(dǎo)導(dǎo)彈及紅外探測(cè)系統(tǒng)的威脅，為了尋求對(duì)策以提高飛行器的作戰(zhàn)效能及戰(zhàn)場(chǎng)生存力，世界各國(guó)陸續(xù)對(duì)飛行器紅外隱身技術(shù)展開(kāi)了研究。
[0003]紅外隱身技術(shù)是對(duì)抗紅外探測(cè)手段的一項(xiàng)綜合技術(shù)，通過(guò)采用相應(yīng)的技術(shù)方法，降低武器裝備的紅外熱輻射，減少被對(duì)方紅外探測(cè)器發(fā)現(xiàn)的概率。目前在役的紅外制導(dǎo)導(dǎo)彈或者紅外探測(cè)系統(tǒng)的探測(cè)器都以3?5 μ m波段為主要工作波段，而排氣系統(tǒng)是飛行器在3?5 μπι波段內(nèi)的主要紅外輻射源，包括噴管內(nèi)部高溫固體壁面的紅外輻射和燃?xì)獾募t外輻射，它在該波段內(nèi)對(duì)飛行器紅外輻射的貢獻(xiàn)達(dá)到90%以上。因此，排氣系統(tǒng)的紅外輻射應(yīng)該是飛行器紅外輻射抑制的首要對(duì)象，是實(shí)現(xiàn)飛行器紅外隱身必須要解決的主要問(wèn)題之一，對(duì)飛行器的作戰(zhàn)性能和戰(zhàn)場(chǎng)生存力具有重大影響。
[0004]噴管是飛行器排氣系統(tǒng)的主要部件，其主要功能是將渦輪后的高溫、高壓燃?xì)馀蛎浖铀俨⑴懦?，從而產(chǎn)生發(fā)動(dòng)機(jī)的推力。傳統(tǒng)的噴管通常為軸對(duì)稱式，其優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，推力特性好，但隱身性能差。由于噴管內(nèi)部的高溫壁面直接暴露在后視范圍內(nèi)，使得飛行器的尾向紅外特征變得尤為明顯，并且其尾噴流高溫核心區(qū)長(zhǎng)，溫度高，輻射范圍大，是先進(jìn)紅外制導(dǎo)武器的主要追蹤目標(biāo)。對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的噴管采取隱身設(shè)計(jì)是實(shí)現(xiàn)排氣系統(tǒng)紅外隱身的主要技術(shù)途徑之一，與傳統(tǒng)的軸對(duì)稱噴管相比，噴管結(jié)構(gòu)的改進(jìn)設(shè)計(jì)包括很多種，如采用二元噴管或者異形出口噴管。二元噴管相對(duì)軸對(duì)稱噴管在噴管出口等面積的條件下增大了尾噴流和外流的接觸面積，加強(qiáng)了兩者的摻混，降低了尾噴流的溫度，同時(shí)在一定的方向上，二元噴管能夠?qū)姽軆?nèi)部的高溫固體壁面進(jìn)行有效的遮擋，從而抑制了排氣系統(tǒng)的紅外輻射特征。其次是采用引射技術(shù)，利用主噴管的高能量燃?xì)獬槲湍芰坷淇諝庵烈鋰姽艿幕旌隙翁?，最后兩股氣流在混合段?nèi)摻混，降低噴管內(nèi)固體壁面的溫度和燃?xì)饬鞯臏囟龋s短尾噴流高溫核心區(qū)長(zhǎng)度，同時(shí)部分探測(cè)角方向角范圍內(nèi)引射套管能夠?qū)姽軆?nèi)高溫固體壁面進(jìn)行遮擋。另外還有其他隱身設(shè)計(jì)如混合器采用波瓣式，在噴管內(nèi)部安裝導(dǎo)流葉片或者輻射對(duì)流換熱板，或者采用冷氣對(duì)噴管內(nèi)高溫壁面進(jìn)行冷卻等，其最終的目的就是加強(qiáng)氣流的摻混和壁面的換熱，達(dá)到降低溫度的作用，從而降低紅外輻射。
[0005]對(duì)于二元引射噴管的研究，國(guó)外Choi等(Choi Y H，Soh ff Y.Computat1nalanalysis of the flowfield of a two-dimens1nal ejector nozzle[R].AIM-90-190，1990)對(duì)二元引射噴管兩個(gè)控制參數(shù)(面積比和引射總壓比)的變化影響進(jìn)行了研究。國(guó)內(nèi)也有對(duì)二元引射噴管的研究，劉福城(劉福城，吉洪湖，林蘭之，黃偉，劉常春，斯仁.二元引射噴管幾何特征參數(shù)對(duì)推力及紅外的影響[J].航空動(dòng)力學(xué)報(bào)，2011，06:1244-1250)通過(guò)數(shù)值模擬研究了二元引射噴管幾何特征參數(shù)(間距比和面積比)對(duì)推力和紅外特征的影響。
[0006]從現(xiàn)有文獻(xiàn)來(lái)看，目前傳統(tǒng)的二元引射噴管(如長(zhǎng)套管二元引射噴管、短套管二元引射噴管等)其主要型面特征為在二元噴管出口套上當(dāng)量直徑略大的二元筒體，這樣得到的二元引射噴管，首先對(duì)對(duì)噴管內(nèi)部高溫部件的遮擋效應(yīng)的增強(qiáng)十分有限，即對(duì)固體壁面的紅外輻射抑制效果十分有限；其次，噴管高溫燃?xì)饬髋c噴管外引射的冷空氣流在噴管出口的截面位置就開(kāi)始摻混，引射的冷空氣流沒(méi)有單獨(dú)的引射通道，引射冷空氣流的阻力比較大，導(dǎo)致引射噴管外冷流空氣的量也是很有限的，因此傳統(tǒng)的引射噴管對(duì)噴流紅外輻射的抑制效果也是比較有限的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明旨在克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種在保證較高氣動(dòng)性能的前提下，可以明顯降低發(fā)動(dòng)機(jī)紅外特征的用于二元噴管出口的低紅外特征波瓣引射混合裝置。
[0008]本發(fā)明提供的用于二元噴管出口的低紅外特征波瓣引射混合裝置，包括依次連接的矩形過(guò)渡段1、波瓣段2、波瓣過(guò)渡段3和分開(kāi)式冷熱流通道段4，在所述波瓣段2內(nèi)設(shè)置有若干連續(xù)的波瓣結(jié)構(gòu)，所述波瓣結(jié)構(gòu)通過(guò)波瓣過(guò)渡段3平滑連接到分開(kāi)式冷熱流通道段4，每個(gè)波瓣結(jié)構(gòu)通過(guò)波瓣過(guò)渡段3對(duì)應(yīng)連接有隔板14 ;所述隔板14沿裝置軸向方向豎直設(shè)置貫穿整個(gè)分開(kāi)式冷熱流通道段4，將冷熱氣流分隔開(kāi)，形成交替分布的引射冷氣流通道13和高溫燃?xì)饬魍ǖ?5。
[0009]進(jìn)一步的，所述波瓣結(jié)構(gòu)包括以裝置橫向中間截面鏡面對(duì)稱的一對(duì)波瓣單元，每個(gè)波瓣單元包括外擴(kuò)張波瓣11、內(nèi)擴(kuò)張波瓣10以及連接內(nèi)、外擴(kuò)張波瓣的波瓣連接曲面12，每個(gè)波瓣連接曲面12大致以豎直方向設(shè)置，并通過(guò)波瓣過(guò)渡段3平滑連接一個(gè)隔板14 ；
所述內(nèi)、外擴(kuò)張波瓣以其在裝置內(nèi)的位置決定，靠近裝置外側(cè)的為外擴(kuò)張波瓣11，靠近裝置橫向?qū)ΨQ面的為內(nèi)擴(kuò)張波瓣10 ;兩端的波瓣為外擴(kuò)張波瓣11，則波瓣段2包括η對(duì)上下對(duì)稱的外擴(kuò)張波瓣11，以及包括η-1對(duì)內(nèi)擴(kuò)張波瓣10 ;
對(duì)稱的外擴(kuò)張波瓣11對(duì)應(yīng)在分開(kāi)式冷熱流通道段4處形成高溫燃?xì)饬魍ǖ?5，對(duì)稱的內(nèi)擴(kuò)張波瓣10對(duì)應(yīng)在分開(kāi)式冷熱流通道段4處形成冷氣流通道13。
[0010]更進(jìn)一步的，定義矩形過(guò)渡段1的進(jìn)口當(dāng)量直徑為D1，進(jìn)口截面5面積為Α1，寬高比為AR，寬度為L(zhǎng)5 ;定義波瓣段2出口截面7面積為Α2，波瓣過(guò)渡段3出口截面8面積為A3，分開(kāi)式冷熱流通道段4出口截面9面積為Α4 ;
定義矩形過(guò)渡段1軸向長(zhǎng)度為L(zhǎng)1，波瓣段2軸向長(zhǎng)度為L(zhǎng)2，波瓣過(guò)渡段3軸向長(zhǎng)度為L(zhǎng)3，分開(kāi)式冷熱流通道段4軸向長(zhǎng)度為L(zhǎng)4 ;
定義外擴(kuò)張波瓣11末端的半徑為R1，內(nèi)擴(kuò)張波瓣10末端的半徑為R2，上下對(duì)稱的波瓣連接曲面12在波瓣段2出口截面7的高度為L(zhǎng)6，上下對(duì)稱的波瓣過(guò)渡段3出口截面8處的高度為L(zhǎng)7 ;冷氣流通道13的寬度為L(zhǎng)9，高溫燃?xì)饬魍ǖ?5的寬度為L(zhǎng)8 ; 定義矩形過(guò)渡段1的進(jìn)口當(dāng)量直徑D1、面積A1、寬高比AR及寬度L5分別與所連接二元噴管出口的當(dāng)量直徑、面積、寬高比及寬度相等，該裝置寬度保持L5大小不變。
[0011]作為一種優(yōu)選，所述波瓣段2出口截面7面積為A2等于矩形過(guò)渡段1的進(jìn)口截面5面積A1 ;所述波瓣過(guò)渡段3出口截面8面積A3包括冷流截面面積和熱流截面面積，總面積等于2倍的矩形過(guò)渡段1的進(jìn)口截面5面積A1，冷氣流通道13與高溫燃?xì)饬魍ǖ?5的截面面積相等，均為0.5倍的A3 ;所述分開(kāi)式冷熱流通道段4出口截面9面積A4包括冷流截面面積和熱流截面面積，總面積等于2倍的矩形過(guò)渡段1的進(jìn)口截面5面積A1，冷氣流通道13與高溫燃?xì)饬魍ǖ?5出口截面面積相等，均為0.5倍的A4。
[0012]作為一種優(yōu)選，所述內(nèi)擴(kuò)張波瓣11的對(duì)數(shù)η的值不小于1.5倍的寬高比AR，且不大于3倍的寬高比AR，η取整數(shù)。
[0013]作為一種優(yōu)選，所述矩形過(guò)渡段1軸向長(zhǎng)度L1不小于0.1倍的矩形過(guò)渡段1進(jìn)口當(dāng)量直徑D1，且不大于0.25倍的D1 ;波瓣段2軸向長(zhǎng)度L2不小于0.8倍的D1，且不大于1.2倍的D1 ;波瓣過(guò)渡段3軸向長(zhǎng)度L3不小于0.12倍的D1，且不大于0.2倍的D1 ;分開(kāi)式冷熱流通道段4軸向長(zhǎng)度L4不小于0.36倍的D1，且不大于0.6的D1。
[0014]作為一種優(yōu)選，所述外擴(kuò)張波瓣11末端的半徑為R1的值取1/4η倍的矩形過(guò)渡段1進(jìn)口寬度L5 ;內(nèi)擴(kuò)張波瓣10末端的半徑為R2，其值取為1/4 (η_1)倍的L5 ;波瓣連接曲面12在波瓣段2出口截面7處的高度L6不小于0.27倍的矩形過(guò)渡段1進(jìn)口當(dāng)量直徑D1，且不大于0.58倍的D1 ;波瓣過(guò)渡段3出口截面8處的高度L7的值為L(zhǎng)6+ jt R1/2 ;冷氣流通道13的寬度L9值與R2相等；高溫燃?xì)饬魍ǖ?5的寬度L8的值與R1相等。
[0015]本發(fā)