矢量喷管偏转对发动机推力的影响

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航空发动机推力矢量控制已成为未来战斗机的基本要求和标准技术，是当前航空界研究和发展的热点。由于矢量喷管偏转时喷管内部流场结构的变化会影响发动机的工作状态，必然会引起发动机推力的变化，而且这种变化在很多情况下是不可忽略的，当矢量喷管偏转角较大时尤其是这样。因此，在研究推力矢量控制中，矢量喷管偏转对发动机推力的影响无疑是一项非常重要的内容。本文研究了轴对称矢量喷管偏转对发动机推力的影晌2带轴对称矢量喷管的发动机数学模型bookmark1 2.1轴对称矢量喷管数学模型喷管偏转以后，喷管内部的流场结构就会发生变化建立矢量喷管的数学模型就是要确定矢量喷管的流量系数cd，推力系数cv及有效矢量角w等，这些参数随喷管压比及喷管几何参数的变化关系为cd=w/wi，cv=f/fi，arctg（fs/fa）其中：w为实际流量；wi为理想流量；f为实际总推力；fi为理想总推力；fs为侧向推力矢量；fa为轴向推力矢量。

91c：丁凯锋1961t男一博士生k高级工程师研究领域为发动机建模'数字仿真、动控制'数据处理等。/1 5chinaacademicoumalelectromc实验及流场计算结果表明，矢量喷管偏转且给定一组自变量初始近似值后，可建立6个检验方程：采用n+ 1残量法求解线性方程组，当满足6个检验方程时，可得自变量的解在一定飞行条件下，当给定调节规律时，通过求解非线性方程组，即可得到发动析稳定工作时的各种参数其中npr=分别为喷管进口及外界大气总压；cv，p为喷管几何尺寸给定时最大的cv；w，npr，分别为相应于cv，的wnpr；u为喷管不偏转时扩张段壁面与轴线的夹角；a8，a9为喷管喉部及出口截面面积；a1，b1，c1为常数。

其中cd为喷管不偏转且喉部音速时的cd；t为喷管收敛段壁面与轴线的夹角；a2，b2，a3，b3，a4，b4，c4均为常数。

如果给定9/48，胃，巧户及，根据以上各式即可确定cd，cv.发动机为混合排气的涡扇发动机发动机数学模型采用部件级气动热力模型，发动机进口导流叶片和高压压气机进口导流叶片可调，喷管喉部面积和出口面积可调发动机工作时，气体在发动机内的流动遵循气体动力学基本方程，即连续方程、能量方程动量方程和状态方程模型中采用变比热容计算为求解描绘发动机工作的非线性方程组，取高压转子转速nh，低压压气机增压比cl，高压压气机增压比cch，涡轮前总温t4，低压涡轮进口换算流量mtl，高压涡轮进口换算流量mth为自变量，发动机其它参数为上述6个自变量的函数。

3矢量喷管偏转对发动机推力的影响分析bookmark8利用上述带轴对称矢量喷管的发动机数学模型，研究了矢量喷管在不同偏转角下引起的发动机推力的变化本文研究中，发动机的工作状态为h= 20°u=10°a9/a8=1.2绘出了矢量喷管有效矢量角随几何矢量角的变化曲线，从图中可以看出：有效矢量角与几何矢量角之间近似呈线性关系，但有效矢量角略小于几何矢量龟和为喷管的流量系数和发动机总推力随几何矢量角的变化曲线。从图中可以看出：当几何矢量角小于1时，喷管的流量系数和发动机总推力几乎不随几何矢量角的变化而变化；当几何矢量角大于1时，喷管的流量系数和发动机总推力随着几何矢量角的增大而减小。绘出了发动机的轴向推力及侧向推力随几何矢量角的变化曲线从图中可以看出：随着几何矢量角的增加，发动机的轴向推力逐渐减小，侧向推力逐渐增大对不同飞行条件下的研究可以得出相似的结果。

产生以上结果与矢量喷管偏转时喷管内部流场结构变化有关矢量喷管偏转时，由于喷管内部流场呈现非对称性，使得喷管产生的总推力并不与喷管轴线相一致当喷管偏转角度较小时，喷管扩张段附面层几乎不变化，喷管有效喉部面积不发生变化，喷管的偏转不影响喷管的流量系数及发动机总推力；但当喷管偏转角度较大时，由于喷管扩张段附面层变厚，喷管有效喉部面积减小，喷管的流通能力减小，且随着w的增加，扩张段附面层变得越来越厚，因而喷管的流量系数逐渐减小，发动机的总推力也逐渐减小尽管当w在°~15°的范围内发动机的总推力不变，15°时逐渐减小，但由于喷管有效矢量角随喷管几何矢量角的增大而逐渐增大，因而发动机的轴向推力逐渐减小，发动机的侧向推力逐渐增大4结论矢量喷管偏转时，矢量喷管的有效矢量角随几何矢量角的增大而增大，二者基本上呈线性关系当矢量喷管偏转角度较小时，喷管的流量系数和发动机的总推力基本上保持不变；但当矢量喷管偏转角度较大时，喷管的流量系数和发动机的总推力随着几何矢量角的增大而逐渐减小发动机的轴向推力随着矢量喷管几何矢量角的增大而减小，而侧向推力随着矢量喷管几何矢量角的增大而增大

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