一种延伸段壁面压力分布可控的双钟形喷管及其设计方法技术

本发明专利技术提供了一种延伸段壁面压力分布可控的双钟形喷管及其设计方法，避免了采用现有流动控制手段对双钟形喷管工作模态转换进行控制而带来的复杂结构和附加重量，具有结构简单、重量小、性能高、可靠性高等优点。本发明专利技术设计的双钟形喷管包括收缩段和双钟形扩张段，双钟形扩张段又包括基础段型面和延伸段型面。基础段采用Rao氏最大推力型面设计，延伸段壁面压力分布可控，保证双钟形喷管具有快速的模态转换过程，有效抑制此过程产生的侧向载荷。一种延伸段壁面压力分布可控的双钟形喷管及其设计方法由型面转折控制区、延伸段压力分布、延伸段壁面单元点、延伸段型面点及型面转折角等的设计组成，保证了型面设计的可行性。

【技术实现步骤摘要】
一种延伸段壁面压力分布可控的双钟形喷管及其设计方法
本专利技术涉及火箭发动机
，具体涉及一种延伸段壁面压力分布可控的双钟形喷管及其设计方法。
技术介绍
喷管作为火箭发动机主要产生推力的重要组件之一，其工作性能的高低直接影响到发动机推力的大小。对于当前火箭发动机常用的固定面积比轴对称喷管而言，其在低空的过膨胀状态下易产生流动分离现象，而流动分离往往非对称，给喷管带来有害的侧向载荷，危及喷管结构和火箭入轨精度。工程设计中常采用限制喷管面积比的方式避免过膨胀状态下的流动分离现象，但这同时也制约了发动机性能的发挥。双钟形喷管作为一种结构简单、技术难度相对较小的高度补偿喷管，能够通过控制分离流动以使喷管拥有较大的面积比，进而提高发动机性能。双钟形喷管扩张段分为基础段和延伸段型面，二者之间为型面转折点。型面转折的存在，使得双钟形喷管能够对大面积比喷管产生的分离流动进行有效控制。在低空状态下，气流被迫分离在型面转折点，避免了非对称分离的出现，从而有效抑制了不利的侧向载荷。此时基础段喷管工作在满流状态下，而延伸段喷管处于分离状态。在高空状态下，基本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种延伸段壁面压力分布可控的双钟形喷管设计方法，其特征在于，包括以下步骤：/n步骤一、根据设计要求，确定要设计的延伸段壁面压力分布可控的双钟形喷管的喷管基础段(2)长度L

【技术特征摘要】
1.一种延伸段壁面压力分布可控的双钟形喷管设计方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、根据设计要求，确定要设计的延伸段壁面压力分布可控的双钟形喷管的喷管基础段(2)长度Lb、喷管延伸段(3)的长度Le、喷管基础段(2)的面积比ε1和喷管延伸段(3)的面积比ε2；
步骤二、计算型面转折控制区(10)气流参数；
步骤2.1、预先给定型面转折角(15)α一数值，并将其离散。以喷管基础段(2)出口最后一条右行特征线(9)做为喷管延伸段(3)设计的起始特征线，通过普朗特-梅耶膨胀波关系式计算喷管扩张段型面转折点(4)的参数：



其中ν为普朗特-梅耶角，Ma为马赫数，γ为气流比热比；
步骤2.2、利用步骤2.1得到的喷管扩张段型面转折点(4)的参数，采用特征线法计算型面转折控制区(10)气流参数并得到型面转折点后的压力值；
步骤三、计算延伸段壁面压力分布(8)；
以喷管扩张段型面转折点(4)后的压力值为基准，给定延伸段壁面压力分布(8)的分布，并根据绝热等熵关系式计算出相应的速度分布；
所述延伸段壁面压力分布(8)为等压分布或等逆压梯度分布；
步骤四、计算延伸段壁面单元点(11)的坐标和速度方向；
步骤4.1、在已知壁面单元点(11)的x轴坐标及速度大小V后，计算壁面单元点(11)的y坐标；



其中，θ为气流速度方向与x轴的夹角；
步骤4.2、壁面单元点(11)的速度方向；






其中，λ为特征线斜率，μ为气流马赫角，符号“±”在左行特征线时取“+”、在右行特征线时取“-”；
步骤五、计算延伸段型面点；以计算出的上一个壁面单元点发出的右行特征线为基础，重复步骤四，计算所有喷管延伸段(3)型面点以及延伸段特征线网(13)，直至喷管延伸段(3)的长度Le处；
步骤六、迭代求解满足设计喷管延伸段面积比ε2的延伸段型面转折角(15)；
根据以上步骤得到喷管延伸段(3)的出口半径及喷管延伸段面积比，判断此面积比与设计喷管延伸段面积比ε2的...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘亚洲，李平，陈宏玉，杨建文，任孝文，
申请(专利权)人：西安航天动力研究所，
类型：发明
国别省市：陕西;61