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]在當前復雜的電磁搜索探測環(huán)境和先進地空和空空武器裝備的威脅下，飛行器的戰(zhàn)場生存環(huán)境日趨惡化。如何提高戰(zhàn)場上飛行器生存能力，并實施有效的對敵攻擊，成為了現(xiàn)代戰(zhàn)爭急需發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)之一。據(jù)統(tǒng)計，上世紀80年代以來的幾次空戰(zhàn)中，被紅外制導導彈擊落的飛機占戰(zhàn)爭中所有被擊落飛機總數(shù)的70?80%，各國飛行器均面臨著近距格斗紅外空空導彈的威脅，其中主要是第三代紅外空空導彈的威脅。而且隨著第四代紅外空空導彈的快速發(fā)展，其威脅也日趨加劇。面對日益嚴重的紅外制導導彈及紅外探測系統(tǒng)的威脅，為了尋求對策以提高飛行器的作戰(zhàn)效能及戰(zhàn)場生存力，世界各國陸續(xù)對飛行器紅外隱身技術(shù)展開了研究。
[0003]紅外隱身技術(shù)是對抗紅外探測手段的一項綜合技術(shù)，通過采用相應的技術(shù)方法，降低武器裝備的紅外熱輻射，減少被對方紅外探測器發(fā)現(xiàn)的概率。目前在役的紅外制導導彈或者紅外探測系統(tǒng)的探測器都以3?5μπι波段為主要工作波段，而排氣系統(tǒng)是飛行器在3?5μπι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氣的紅外輻射，它在該波段內(nèi)對飛行器紅外輻射的貢獻達到90%以上。因此，排氣系統(tǒng)的紅外輻射應該是飛行器紅外輻射抑制的首要對象，是實現(xiàn)飛行器紅外隱身必須要解決的主要問題之一，對飛行器的作戰(zhàn)性能和戰(zhàn)場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、高壓燃氣膨脹加速并排出，從而產(chǎn)生發(fā)動機的推力。傳統(tǒng)的噴管通常為軸對稱式，其優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，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，溫度高，輻射范圍大，是先進紅外制導武器的主要追蹤目標。對發(fā)動機的噴管采取隱身設計是實現(xiàn)排氣系統(tǒng)紅外隱身的主要技術(shù)途徑之一，與傳統(tǒng)的軸對稱噴管相比，噴管結(jié)構(gòu)的改進設計包括很多種，如采用二元噴管或者異形出口噴管。二元噴管相對軸對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，加強了兩者的摻混，降低了尾噴流的溫度，同時在一定的方向上，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氣抽吸低能量冷空氣至引射噴管的混合段處，最后兩股氣流在混合段內(nèi)摻混，降低噴管內(nèi)固體壁面的溫度和燃氣流的溫度，縮短尾噴流高溫核心區(qū)長度，同時部分探測角方向角范圍內(nèi)引射套管能夠?qū)姽軆?nèi)高溫固體壁面進行遮擋。另外還有其他隱身設計如混合器采用波瓣式，在噴管內(nèi)部安裝導流葉片或者輻射對流換熱板，或者采用冷氣對噴管內(nèi)高溫壁面進行冷卻等，其最終的目的就是加強氣流的摻混和壁面的換熱，達到降低溫度的作用，從而降低紅外輻射。
[0005]對于二元引射噴管的研究，國外Choi等(Choi Y H, Soh W Y.Computat1nalanalysis of the f1wfield of a two-dimens1nal ejector nozzle[R].AIAA-90-190，1990)對二元引射噴管兩個控制參數(shù)(面積比和引射總壓比)的變化影響進行了研究。國內(nèi)也有對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)對推力及紅外的影響[J].航空動力學報，2011,06:1244-1250)通過數(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)對推力和紅外特征的影響。
[0006]從現(xiàn)有文獻來看，目前傳統(tǒng)的二元引射噴管(如長套管二元引射噴管、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量直徑略大的二元筒體，這樣得到的二元引射噴管，首先對對噴管內(nèi)部高溫部件的遮擋效應的增強十分有限，即對固體壁面的紅外輻射抑制效果十分有限；其次，噴管高溫燃氣流與噴管外引射的冷空氣流在噴管出口的截面位置就開始摻混，引射的冷空氣流沒有單獨的引射通道，引射冷空氣流的阻力比較大，導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性能的前提下，可以明顯降低發(fā)動機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渡段1、波瓣段2、波瓣過渡段3和分開式冷熱流通道段4，在所述波瓣段2內(nèi)設置有若干連續(xù)的波瓣結(jié)構(gòu)，所述波瓣結(jié)構(gòu)通過波瓣過渡段3平滑連接到分開式冷熱流通道段4，每個波瓣結(jié)構(gòu)通過波瓣過渡段3對應連接有隔板14;所述隔板14沿裝置軸向方向豎直設置貫穿整個分開式冷熱流通道段4，將冷熱氣流分隔開，形成交替分布的引射冷氣流通道13和高溫燃氣流通道15。
[0009]進一步的，所述波瓣結(jié)構(gòu)包括以裝置橫向中間截面鏡面對稱的一對波瓣單元，每個波瓣單元包括外擴張波瓣11、內(nèi)擴張波瓣1以及連接內(nèi)、外擴張波瓣的波瓣連接曲面12，每個波瓣連接曲面12大致以豎直方向設置，并通過波瓣過渡段3平滑連接一個隔板14;
[0010]所述內(nèi)、外擴張波瓣以其在裝置內(nèi)的位置決定，靠近裝置外側(cè)的為外擴張波瓣11，靠近裝置橫向?qū)ΨQ面的為內(nèi)擴張波瓣10;兩端的波瓣為外擴張波瓣11，則波瓣段2包括η對上下對稱的外擴張波瓣11，以及包括η-1對內(nèi)擴張波瓣10;
[0011]對稱的外擴張波瓣11對應在分開式冷熱流通道段4處形成高溫燃氣流通道15，對稱的內(nèi)擴張波瓣10對應在分開式冷熱流通道段4處形成冷氣流通道13。
[0012]更進一步的，定義矩形過渡段I的進口當量直徑為Dl，進口截面5面積為Al，寬高比為AR，寬度為L5;定義波瓣段2出口截面7面積為Α2，波瓣過渡段3出口截面8面積為A3，分開式冷熱流通道段4出口截面9面積為Α4;
[0013]定義矩形過渡段I軸向長度為LI，波瓣段2軸向長度為L2，波瓣過渡段3軸向長度為L3，分開式冷熱流通道段4軸向長度為L4;
[0014]定義外擴張波瓣11末端的半徑為Rl，內(nèi)擴張波瓣10末端的半徑為R2，上下對稱的波瓣連接曲面12在波瓣段2出口截面7的高度為L6，上下對稱的波瓣過渡段3出口截面8處的高度為L7;冷氣流通道13的寬度為L9，高溫燃氣流通道15的寬度為L8;
[0015]定義矩形過渡段I的進口當量直徑D1、面積Al、寬高比AR及寬度L5分別與所連接二元噴管出口的當量直徑、面積、寬高比及寬度相等，該裝置寬度保持L5大小不變。
[0016]作為一種優(yōu)選，所述波瓣段2出口截面7面積為A2等于矩形過渡段I的進口截面5面積Al;所述波瓣過渡段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倍的矩形過渡段I的進口截面5面積Al，冷氣流通道13與高溫燃氣流通道15的截面面積相等，均為0.5倍的A3;所述分開式冷熱流通道段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倍的矩形過渡段I的進口截面5面積Al，冷氣流通道13與高溫燃氣流通道15出口截面面積相等，均為0.5倍的A4。
[0017]作為一種優(yōu)選，所述內(nèi)擴張波瓣11的對數(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，n取整數(shù)。
[0018]作為一種優(yōu)選，所述矩形過渡段I軸向長度LI不小于0.1倍的矩形過渡段I進口當量直徑Dl，且不大于0.25倍的Dl;波瓣段2軸向長度L2不小于0.8倍的Dl，且不大于1.2倍的Dl;波瓣過渡段3軸向長度L3不小于0.12倍的Dl，且不大于0.2倍的Dl;分開式冷熱流通道段4軸向長度L4不小于0.36倍的Dl，且不大于0.6的Dl。
[0019]作為一種優(yōu)選，所述外擴張波瓣11末端的半徑為Rl的值取l/4n倍的矩形過渡段I進口寬度L5;內(nèi)擴張波瓣10末端的半徑為R2，其值取為l/4(n-l)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倍的矩形過渡段I進口當量直徑Dl，且不大于
0.58倍的01;波瓣過渡段3出口截面8處的高度1^7的值為1^6+抓1/2;冷氣流通道13的寬度1^9值與R2相等;高溫燃氣流通道15的寬度L8的值與Rl相等。
[0020]本發(fā)明采用以上技術(shù)方案與現(xiàn)有