兵工学报 ›› 2025, Vol. 46 ›› Issue (2): 240103-.doi: 10.12382/bgxb.2024.0103
王德友1, 李世鹏1,*(), 郭宝俊2,3, 张北辰1, 王宁飞1
收稿日期:
2024-02-02
上线日期:
2024-04-22
通讯作者:
基金资助:
WANG Deyou1, LI Shipeng1,*(), GUO Baojun2,3, ZHANG Beichen1, WANG Ningfei1
Received:
2024-02-02
Online:
2024-04-22
摘要:
为研究超声速喷管扩张型面对水下火箭推进喷管多相流动与推进性能的影响,对具有不同扩张段型面的锥形和抛物型喷管在变深度静水环境、过膨胀条件下的流动过程进行数值模拟。基于流体体积多相流模型建立水下超声速燃气射流计算模型,详细分析扩张型面类型和关键参数对喷管近场流动结构、流动分离特征和推力振荡特性的影响规律。研究结果表明:深水工作喷管内的分离激波结构高度不稳定,扩张段分离点处还可能呈现气-液分离,喷管推力在满流值的基础上振荡;抛物型喷管内存在流动分离模式的动态转换,受限激波分离下气-液分离现象不显著,与型面参数相比,型面类型的影响更为突出,抛物型喷管的推力振荡比锥形喷管更缓和,且在大水深下的差异更明显;在90m水深下,不同型面喷管平均推力的最大差异达到基准抛物型喷管的10.13%。
中图分类号:
王德友, 李世鹏, 郭宝俊, 张北辰, 王宁飞. 超声速喷管扩张型面对水下喷气推进振荡特性的影响[J]. 兵工学报, 2025, 46(2): 240103-.
WANG Deyou, LI Shipeng, GUO Baojun, ZHANG Beichen, WANG Ningfei. Effect of Divergent Section Contour of Supersonic Nozzle on Oscillation Characteristics of Underwater Jet Propulsion[J]. Acta Armamentarii, 2025, 46(2): 240103-.
参数 | C-1 | C-2 | C-3 | C-4 | C-5 |
---|---|---|---|---|---|
β/(°) | 9 | 12 | 15 | 18 | 21 |
L/mm | 158.24 | 118.14 | 93.96 | 77.73 | 66.05 |
表1 锥形喷管参数设置
Table 1 Parameter setting for conical nozzles
参数 | C-1 | C-2 | C-3 | C-4 | C-5 |
---|---|---|---|---|---|
β/(°) | 9 | 12 | 15 | 18 | 21 |
L/mm | 158.24 | 118.14 | 93.96 | 77.73 | 66.05 |
参数 | P-1 | P-2 | P-3 | P-4 | P-5 |
---|---|---|---|---|---|
θn/(°) | 26 | 30 | 30 | 30 | 34 |
θe/(°) | 5 | 1 | 5 | 9 | 5 |
L/mm | 77.73 | 77.73 | 77.73 | 77.73 | 77.73 |
表2 抛物型喷管参数设置
Table 2 Parameter setting for parabolic nozzles
参数 | P-1 | P-2 | P-3 | P-4 | P-5 |
---|---|---|---|---|---|
θn/(°) | 26 | 30 | 30 | 30 | 34 |
θe/(°) | 5 | 1 | 5 | 9 | 5 |
L/mm | 77.73 | 77.73 | 77.73 | 77.73 | 77.73 |
扩张型面 | 平均喷管推力/kN | ||
---|---|---|---|
满流 | H=50m | H=90m | |
C-1 | 6.399 | 7.091 | 7.863 |
C-2 | 6.397 | 7.019 | 8.035 |
C-3 | 6.345 | 6.968 | 7.876 |
C-4 | 6.342 | 6.923 | 7.818 |
C-5 | 6.311 | 6.804 | 7.795 |
表3 锥形喷管平均推力特性
Table 3 Average thrusts of conical nozzles
扩张型面 | 平均喷管推力/kN | ||
---|---|---|---|
满流 | H=50m | H=90m | |
C-1 | 6.399 | 7.091 | 7.863 |
C-2 | 6.397 | 7.019 | 8.035 |
C-3 | 6.345 | 6.968 | 7.876 |
C-4 | 6.342 | 6.923 | 7.818 |
C-5 | 6.311 | 6.804 | 7.795 |
扩张型面 | 平均喷管推力/kN | ||
---|---|---|---|
满流 | H=50m | H=90m | |
P-1 | 6.399 | 6.813 | 7.421 |
P-2 | 6.374 | 6.732 | 7.385 |
P-3 | 6.395 | 6.774 | 7.296 |
P-4 | 6.405 | 6.825 | 7.488 |
P-5 | 6.382 | 6.839 | 7.500 |
表4 抛物型喷管平均推力特性
Table 4 Average thrusts of parabolic nozzles
扩张型面 | 平均喷管推力/kN | ||
---|---|---|---|
满流 | H=50m | H=90m | |
P-1 | 6.399 | 6.813 | 7.421 |
P-2 | 6.374 | 6.732 | 7.385 |
P-3 | 6.395 | 6.774 | 7.296 |
P-4 | 6.405 | 6.825 | 7.488 |
P-5 | 6.382 | 6.839 | 7.500 |
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