高振幅脉冲射流强化喷流混合的机理和方法研究

To enhance the combat aircraft’s capacity of fighting and surviving, infrared stealth has become one of the most important technologies to be considered. Among all these methods on infrared stealth, jet mixing enhancement bu pulsed control jet is well prospective because this technology has an advantage on the result of mixing and less loss on thrust. In this project, our research is mainly on these issues: the development and transformation of large scale vortex in the exhaust flow, the detail of flow mixing that actuated by pulse injection with large amplitude, the effect of excitation methods and excitation parameters on the structure of large scale vortex, the effect on mixing result when amplitude and frequency were coupled considered and how did the mixing result influenced by the ambient flow with high speed. With the effort of the works above, as a new technology on infrared steal of flight vehicle, the mechanism and the method of impulse jet mixing enhancement will be obtained.

红外隐身技术是先进作战飞机和导弹的关键技术之一，对于提高作战效能和生存能力至关重要。混合效果好、推力损失小的脉冲射流强化喷流混合技术，是具有非常好的发展前景的飞行器红外隐身技术。本项目利用高精度数值模拟方法和流动显示技术，研究脉冲射流激励下，喷流中大尺度漩涡结构的发展和演化，揭示高振幅脉冲射流激励下的喷流强化混合机理；研究激励方式和参数对喷流中大尺度漩涡结构的影响，掌握激励振幅和频率的耦合作用、激励模式、以及高速外流对喷流强化混合的影响机制和规律。通过以上研究，掌握脉冲射流强化喷流混合的机理和方法，为飞行器红外隐身技术开辟新的、有效的途径。

本文以强化尾喷流与环境流体混合、提高飞行器红外隐身性能为目的，研究了高振幅脉冲射流强化喷流混合技术。采用大涡模拟和激光诱导荧光的方法研究了脉冲射流激励频率、振幅、周向模式和外流对强化混合效果以及大尺度涡结构演化发展过程的影响，掌握了脉冲射流强化喷流混合的方法和机理。.针对激励频率的研究表明存在最佳激励频率使得喷流强化混合效果更好，喷流核心区长度降低50%，卷吸能力提高一倍。在脉冲射流作用下剪切层中产生了交错的展向涡结构，引起喷流的震荡，增强了卷吸能力。在最佳激励频率时，相邻涡环的前后端存在相互诱导作用，加快了喷流在远场的扩散。.针对激励振幅的研究表明存在最佳激励振幅使得喷流分叉角度更大、强化混合效果更好。激励振幅越大，展向涡的涡量越大。在展向涡向下游发展过程中，随着激励振幅的增大，由于流向涡和展向涡的相互作用，使得涡环倾角减小，抑制了喷流的扩散。不同激励频率和激励振幅间存在耦合作用。当振幅增大时，最佳激励频率存在向低频移动的趋势。.针对激励模式的研究表明在反对称模式激励时喷流中心线速度衰减最快，对称模式时衰减最慢。在对称模式激励时喷流在未受激励平面扩散速度大于受激励平面。而在反对称模式激励时喷流在受激励平面扩散速度更快。由于对称性，二阶混合模式在这两个平面扩散速度相同。进一步究表明激励模式对涡结构形态以及发展过程存在影响。其中二阶混合模式产生的涡环变形更严重。.针对外流影响的研究表明，外流的存在抑制了主喷流的拍动，降低了剪切层速度梯度，产生的大尺度展向涡结构强度削弱，相干性降低，卷吸能力变小，脉冲射流强化混合的能力被削弱。当外流流速为主喷流30%时，强化混合能力降低越一倍。.通过本项目的研究，掌握了脉冲射流强化喷流混合的方法和机理，获得了良好的喷流强化混合效果，为脉冲射流强化混合技术在飞机红外隐身中的应用奠定了良好的基础。