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原文传递发动机喷管推力矢量控制研究

论文题名：	发动机喷管推力矢量控制研究
关键词：	发动机;推力矢量控制;运动姿态;数值计算;航行体
摘要：	推力矢量控制技术作为非传统的飞行控制技术，其通过运用机械装置改变发动机尾喷管喷流方向，从而产生侧向力来控制飞行器的运动，并且侧向力的大小和飞行器的飞行高度和速度均无关，能够快速调整飞行器的姿态，大幅度地提高了飞行器的机动性和敏捷性。航行体水下运动过程中易受艇速、波浪、海流等因素的影响，在“无控”条件下弹道发生变化，无法满足出水姿态的要求，从而影响其作战性能。然而，推力矢量控制技术能够实现在海流、海浪等外界条件干扰下对航行体的运动姿态进行有效控制，从而放宽对水下发射条件的要求，实现航行体的大水深变化、潜艇变航速和全天候发射的目标。因此，开展推力矢量控制技术的研究来实现航行体水下运动姿态的调整具有重要意义。　　本文以扰流片式推力矢量控制装置为研究对象，首先对所采用的数值计算方案进行了验证，然后对扰流片与喷管出口之间五种安装间距方案分别进行数值模拟，分析了安装间距对喷管推力矢量特性的影响，结果表明安装间距为0mm时推力矢量控制装置的侧向力最大，推力损失最小。在此基础上，本文最后分别研究了单相气体和气液两相条件下工作水深和堵塞比等因素对喷管推力矢量流场特性的影响以及侧向力的响应特性。　　研究结果表明：由于扰流片的作用，其上游流体的静压突起，沿喷管扩张段壁面存在逆压梯度，引起扩张段内壁面边界层的分离，并从分离点附近发出斜激波，边界层分离区以及激波后区域的静压增大导致喷管扩张段内压强分布不均匀，从而产生侧向力。推力矢量装置的总侧向力随着堵塞比的增大而升高，但是当堵塞比增至极限，喷管出现壅塞现象，推力和总侧向力均随之突降，这表明扰流片式推力矢量控制装置所能产生的总侧向力有限，且总侧向力的变化主要是由喷管扩张段上法向力的变化引起。推力矢量装置的工作水深逐渐增加，其推力和总侧向力均随之下降，当水深增至一定程度，环境介质为水时斜激波结构发生变化，并完全进入喷管扩张段，扩张段上的法向力随之降低，但环境介质为空气时喷管扩张段上的法向力保持不变，因此，环境介质为空气，扰流片外侧面上的法向力增大造成推力矢量装置的侧向力降低，环境介质为水，喷管扩张段上的法向力减小和扰流片内、外侧面上的法向力差降低共同导致推力矢量装置的总侧向力下降。
作者：	李国占
专业：	动力机械及工程
导师：	陈浮
授予学位：	硕士
授予学位单位：	哈尔滨工业大学
学位年度：	2014
正文语种：	中文