【摘 要】
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弹射器的工作性能决定航空母舰的战斗能力,弹射过程中滑道逸出的水蒸汽弥散于舰载机的发动机周围,对舰载机的起飞性能有重要影响。国内外研究者在蒸汽弹射方面主要有两个研究方向,一是运用动力学和热力学的相关知识建立了与舰载机动力相关的数学模型,研究相关部件及物理量对动力性能的影响;二是从空间和时间角度分析温度畸变对发动机性能的影响,综上,在蒸汽弹射方面,国内外研究者没有建立相应的多相流模型,也没有利用数值仿
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弹射器的工作性能决定航空母舰的战斗能力,弹射过程中滑道逸出的水蒸汽弥散于舰载机的发动机周围,对舰载机的起飞性能有重要影响。国内外研究者在蒸汽弹射方面主要有两个研究方向,一是运用动力学和热力学的相关知识建立了与舰载机动力相关的数学模型,研究相关部件及物理量对动力性能的影响;二是从空间和时间角度分析温度畸变对发动机性能的影响,综上,在蒸汽弹射方面,国内外研究者没有建立相应的多相流模型,也没有利用数值仿真深入研究发动机入口的温度畸变。本文针对蒸汽弹射过程中发动机周围水蒸汽的弥散行为,建立了高压水蒸汽从汽缸溢出、空气中弥散,最终被发动机吸入的过程的数学模型。根据水蒸汽流动的特点,以航母甲板为界,甲板下主要是湿蒸汽的流动和冷凝过程,采用Wet Steam双流体模型能更好的模拟真实情况;甲板之上的水蒸汽会受到空气的影响,采用Mixture model能更好的模拟空气—水蒸汽—水之间的质量、动量和能量传递。本文发展的多相流模型中考虑了热力学状态的变化以及水蒸汽的凝结相变过程,最终得到各种工况下的发动机入口混合气体的温度的变化情况,主要结论如下:(1)通过蒸汽弹射装置内部蒸汽流态的模拟研究,发现入口湿蒸汽总温的升高会阻碍凝结核的产生和液滴的生长,蒸汽的膨胀率会降低,蒸汽出口位置的湿蒸汽速度提高50.24m/s,液相质量分数减少了 99.6%,液滴数目由1021.6减少到1021.3,蒸汽总压升高了 0.15MPa,蒸汽总温升高了 53.8K;入口湿蒸汽总压的升高会促进凝结核的产生和液滴的生长,蒸汽的膨胀率会提高,蒸汽出口位置的湿蒸汽速度降低7.6m/s,液相质量分数由0.62%增加到1.58%,液滴数目由1019.92增加到1021.55,蒸汽总压升高了 0.63MPa,蒸汽总温升高了 19.1K。(2)通过蒸汽出口流量对进气道内蒸汽分布及发动机入口温度场的影响研究,可以得出随着蒸汽流量的增加,进气道内蒸汽的含量更高,状态1(进气道正下方的蒸汽出口位置)与状态3(两个进气道之间正下方的蒸汽出口位置)下的发动机入口面平均温升大约分别增长了 1%和1.26%,;研究了蒸汽出口位置对进气道内蒸汽分布及发动机入口温度场的影响,可以得出任意流量下,状态1要比状态3时的发动机入口处的混合气体的总温更高,四种流量下,两种状态下的发动机入口面平均温升最大降低了 0.52%。(3)研究了发动机入口压力,来流风速,来流风向三种工况对进气道内蒸汽分布及发动机入口温度场的影响,可以得出发动机入口压力的降低会导致发送机入口的总温升高,发动机入口面平均温升增长了 64.6%;来流风速的增加导致发动机入口的蒸汽来源倾向于进气道辅助门且发动机入口的蒸汽逐渐往下方转移,发动机入口面平均温升增长了 14.9%;来流风速角的增加导致发动机入口面平均温升降低了 15.51%,蒸汽来源更加偏向于辅助进气门。
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