先进概念战斗机气动性能飞发一体初步研究

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飞发一体化是现代以及未来战斗机发展的必然趋势。一体化的目的是研究飞机与发动机的相互影响,以期减小不利影响,获得最优的飞机/发动机匹配。对于未来先进概念战斗机与无人机,发动机背负式安装与布局是主流趋势。这种发动机安装与布局方式在发动机工作时,发动机推进系统与战斗机的流场特性相互干扰与影响更为复杂,一体化的要求更高。本文基于一维流路分析、CFD数值模拟以及优化等技术,对一类未来概念战斗机飞发一体化的气动性能进行了初步的探究。首先,参考国内外先进概念战斗机与无人机的设计特征,初步建立了飞机的三维几何造型,并根据飞机对发动机推力的要求,编写了混合排气涡扇发动机的稳态性能计算程序,确定了发动机特征截面性能参数与推进系统流路的基本尺寸;针对所采用的“C”形进口的超声速进气道进行了设计,编写了相应的几何造型设计程序,并且为了改善启动特征,对进气道进行了改进设计;采用了近似几何方法,编写了喷管设计程序,获得了气动性能相对较优的喷管。其次,基于CFD数值模拟,对原始飞机模型气动性能进行了初步研究,分析了原始飞机模型的升力、阻力特性。针对原始飞机模型阻力较大的后体部分,编写了原始飞机几何模型修改程序,并基于ISIGHT软件,运用梯度算法对原始飞机模型的阻力特性进行了优化改型。改型减小了机身底部面积,更为平缓地改善了机身上下表面到机身后部的过渡,这些改进有效地减小了原型飞机的阻力。本文随后研究了发动机与飞机一体化安装后改型飞机的飞推气动性能,并与发动机未安装的流场进行了对比分析。结果表明,动力安装前战斗机机身底部涡流区较大,流动损失较大,机身底部静压较低,底部阻力较大;动力安装后,战斗机的总升力与总阻力增加,进气道的流量系数减小与喷管的总压恢复降低,发动机安装推力减小。最后,分析研究了动力安装位置变化对战斗机/发动机推进系统的气动性能影响以及飞发一体化流场相互干扰的流动机理。结果表明,发动机间距由小变大时,进气道的流量系数先减小后增大,喷管的总压恢复先增大后减小,战斗机的总升力与总阻力逐渐减小,但减小的幅度不同;飞机的升阻比逐渐降低,推阻比逐渐增加。
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