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防热环对空气舵舵轴流动及气动加热影响

聂亮 李宇 刘宇飞 袁野 刘国仟 周禹

聂亮, 李宇, 刘宇飞, 袁野, 刘国仟, 周禹. 防热环对空气舵舵轴流动及气动加热影响[J]. 气体物理, 2022, 7(4): 77-82. doi: 10.19527/j.cnki.2096-1642.0933
引用本文: 聂亮, 李宇, 刘宇飞, 袁野, 刘国仟, 周禹. 防热环对空气舵舵轴流动及气动加热影响[J]. 气体物理, 2022, 7(4): 77-82. doi: 10.19527/j.cnki.2096-1642.0933
NIE Liang, LI Yu, LIU Yu-fei, YUAN Ye, LIU Guo-qian, ZHOU Yu. Effect of Thermal-Protection Ring on Flow and Aeroheating of Rudder Shaft[J]. PHYSICS OF GASES, 2022, 7(4): 77-82. doi: 10.19527/j.cnki.2096-1642.0933
Citation: NIE Liang, LI Yu, LIU Yu-fei, YUAN Ye, LIU Guo-qian, ZHOU Yu. Effect of Thermal-Protection Ring on Flow and Aeroheating of Rudder Shaft[J]. PHYSICS OF GASES, 2022, 7(4): 77-82. doi: 10.19527/j.cnki.2096-1642.0933

防热环对空气舵舵轴流动及气动加热影响

doi: 10.19527/j.cnki.2096-1642.0933
基金项目: 

国防技术基础科研项目 JCKY2016208A006

详细信息
    作者简介:

    聂亮(1988-)男, 工程师, 主要研究方向为气动热和防隔热。E-mail: nieliang1900@163.com

  • 中图分类号: V211

Effect of Thermal-Protection Ring on Flow and Aeroheating of Rudder Shaft

  • 摘要: 空气舵缝隙内的舵轴是高速飞行器受热最严酷的部位之一。为减小舵轴的防热压力, 通过在舵轴周围设计防热环, 将舵轴的高热流区转移到防热环, 大幅减小舵轴的气动热载荷, 从而有效实现舵轴承力功能和防热环承热功能的分离。通过数值计算和试验研究分析了舵轴防热环的降热效果与机理, 获得以下结论: 通过有无防热环方案的仿真和试验对比, 表明了增加防热环能够明显降低舵轴热环境; 通过对舵缝隙内外流动的细致分析, 给出了舵轴防热环通过转移高热流区降低舵轴热流的降热机理; 通过不同舵偏和不同流态有无防热环方案数值计算的对比表明了防热环对舵轴热流的降低作用具有广泛适用性。

     

  • 图  1  试验后的舵轴形貌

    Figure  1.  Morphology of rudder after experiment

    图  2  舵轴防热环结构示意

    Figure  2.  Structure of rudder thermal-protection ring

    图  3  空气舵热流密度分布示意图

    Figure  3.  Heat-flux distribution of rudder

    图  4  有无防热环热流密度分布对比

    Figure  4.  Heat-flux results with and without thermal-protection ring

    图  5  防热环附近流动示意

    Figure  5.  Flow around thermal-protection ring

    图  6  舵轴及防热环位置示意

    Figure  6.  Positions of rudder and thermal-protection ring

    图  7  舵轴缝隙内气体流动速度对比

    Figure  7.  Velocity results with and without thermal-protection ring

    图  8  舵轴缝隙内气体压力对比

    Figure  8.  Pressure results with and without thermal-protection ring

    图  9  不同舵偏热流密度对比(无防热环)

    Figure  9.  Heat-flux comparison between different rudder deflections without thermal-protection ring

    图  10  不同舵偏热流密度对比(有防热环)

    Figure  10.  Heat-flux comparison between different rudder deflections with thermal-protection ring

    图  11  不同流态热流分布对比

    Figure  11.  Laminar result and turbulent result

    图  12  防热环试验结果和仿真结果对比

    Figure  12.  Experiment result and simulation result

    表  1  计算状态

    Table  1.   Calculation conditions

    case Ma α/(°) Re/L /(m-1) T/K flow state
    1 6.0 10 1.5×105 270 laminar
    2 6.5 10 1.1×106 236 laminar/turbulent
    3 6.6 10 5.4×106 221 turbulent
    4 6.6 10 1.2×107 221 turbulent
    下载: 导出CSV

    表  2  试验状态

    Table  2.   Experiment conditions

    stage q/ (kW/m2) H/ (kJ/kg) α/(°) δ /(°) t/s
    1 700 600 0 0 40
    2 100 350 0 0 90
    3 1 000 2 400 10 2 20
    4 6 000 2 400 10 2 45
    下载: 导出CSV
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出版历程
  • 收稿日期:  2021-06-03
  • 修回日期:  2021-09-09
  • 刊出日期:  2022-07-20

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