中心锥锥角对涡喷发动机尾喷管气动性能影响规律研究

尾喷管是航空发动机的重要组成之一。随着航空发动机的发展，对尾喷管性能的要求越来越严格。本文针对尾喷管中心锥锥角进行参数化研究，旨在获得中心锥锥角对尾喷管性能的影响，以140 kg涡喷发动机尾喷管为研究对象，建立了三种具有不同中心锥锥角的尾喷管物理模型，并对其开展全粘性的数值模拟研究，与原模型进行对比分析，得出尾喷管中心锥锥角对尾喷管气动性能的影响规律：当中心锥锥角α在一定范围内降低时，尾喷管出口处的平均速度会升高，速度曲线更加平稳。因此，适当降低中心锥的锥角，将对尾喷管气动性能的提升提供一定的帮助。

航空发动机是一个国家军事实力的体现。随着我国航空业的快速发展，对于航空发动机的研究以及航空发动机性能的提升已成为急需解决的关键问题。尾喷管是涡喷发动机的重要组成部分。其主要作用是使发动机燃烧室产生的高温高压气体不断膨胀，将内能转化为动能，为飞行器提供推力。

中心锥作为喷管的重要部件，对喷管出口温度、推力系数、总压恢复系数、流动特性等气动参数起着至关重要的调节作用。因此，针对中心锥开展研究十分必要。2019 年杨亚冰等人基于涡扇发动机部件级实时仿真模型，增加了从外涵引气冷却中心锥和尾喷管扩张段内壁的冷却结构和红外预测模块进行仿真，将排气系统后向红外辐射下降了30%以上[1]。中心锥通过气膜冷却可以大程度降低中心锥表面的温度，有效抑制排气系统的红外辐射[2]。2002 年，刘友宏等用数值模拟的手段，探究了有无中心锥对圆柱混合管热混合效率的影响。

分析了圆柱混合管热混合效率在有中心锥时大于没有中心锥时的原因[3]。

2012年，谢翌等采用数值模拟的方法，研究了中心锥关键结构参数对涡扇发动机波瓣混合排气系统气动热力性能的影响规律。当中心锥长度不变时，波瓣混合排气系统总压恢复系数大体上不断减小；排气系统出口处推力系数则呈现出先增大后迅速减小的趋势[4]。2014 年，余斌等对喷管在后半球空间内的红外辐射强度进行了数值模拟， 研究了喷管出口形状对于喷管气动性能以及红外辐射强度的影响规律[5]。

2020 年， 樊开岗等采用SST k-ω 模型对微型涡喷发动机进行流场分析，研究了俯仰推力、俯仰推力矢量角与几何偏角之间的线性关系[6]。

上述研究对中心锥与发动机性能之间的相互关系进行了分析和阐述。本文将进一步探究中心锥对喷管气动性能的影响规律，以140 kg 涡喷发动机尾喷管为研究对象，对中心锥结构进行优化，总结中心锥结构的改变对尾喷管气动性能影响的规律。

本文通过构造具有不同中心锥锥角的尾喷管模型，研究不同中心锥几何结构对尾喷管推力以及出口流动状态、总压恢复系数等的影响。通过控制单一变量进行数值模拟研究，凝练中心锥结构的改变对尾