一种用于二元喷管出口的低红外特征波瓣引射混合装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明专利涉及飞行器红外辐射特征的抑制技术领域，具体而言，主要涉及一种用于二元喷管出口的低红外特征波瓣引射混合装置。
【背景技术】
[0002]在当前复杂的电磁搜索探测环境和先进地空和空空武器装备的威胁下，飞行器的战场生存环境日趋恶化。如何提高战场上飞行器生存能力，并实施有效的对敌攻击，成为了现代战争急需发展的关键技术之一。据统计，上世纪80年代以来的几次空战中，被红外制导导弹击落的飞机占战争中所有被击落飞机总数的70~80%，各国飞行器均面临着近距格斗红外空空导弹的威胁，其中主要是第三代红外空空导弹的威胁。而且随着第四代红外空空导弹的快速发展，其威胁也日趋加剧。面对日益严重的红外制导导弹及红外探测系统的威胁，为了寻求对策以提高飞行器的作战效能及战场生存力，世界各国陆续对飞行器红外隐身技术展开了研究。
[0003]红外隐身技术是对抗红外探测手段的一项综合技术，通过采用相应的技术方法，降低武器装备的红外热辐射，减少被对方红外探测器发现的概率。目前在役的红外制导导弹或者红外探测系统的探测器都以3?5 μ m波段为主要工作波段，而排气系统是飞行器在3?5 μπι波段内的主要红外辐射源，包括喷管内部高温固体壁面的红外辐射和燃气的红外辐射，它在该波段内对飞行器红外辐射的贡献达到90%以上。因此，排气系统的红外辐射应该是飞行器红外辐射抑制的首要对象，是实现飞行器红外隐身必须要解决的主要问题之一，对飞行器的作战性能和战场生存力具有重大影响。
[0004]喷管是飞行器排气系统的主要部件，其主要功能是将涡轮后的高温、高压燃气膨胀加速并排出，从而产生发动机的推力。传统的喷管通常为轴对称式，其优点是结构简单，推力特性好，但隐身性能差。由于喷管内部的高温壁面直接暴露在后视范围内，使得飞行器的尾向红外特征变得尤为明显，并且其尾喷流高温核心区长，温度高，辐射范围大，是先进红外制导武器的主要追踪目标。对发动机的喷管采取隐身设计是实现排气系统红外隐身的主要技术途径之一，与传统的轴对称喷管相比，喷管结构的改进设计包括很多种，如采用二元喷管或者异形出口喷管。二元喷管相对轴对称喷管在喷管出口等面积的条件下增大了尾喷流和外流的接触面积，加强了两者的掺混，降低了尾喷流的温度，同时在一定的方向上，二元喷管能够对喷管内部的高温固体壁面进行有效的遮挡，从而抑制了排气系统的红外辐射特征。其次是采用引射技术，利用主喷管的高能量燃气抽吸低能量冷空气至引射喷管的混合段处，最后两股气流在混合段内掺混，降低喷管内固体壁面的温度和燃气流的温度，缩短尾喷流高温核心区长度，同时部分探测角方向角范围内引射套管能够对喷管内高温固体壁面进行遮挡。另外还有其他隐身设计如混合器采用波瓣式，在喷管内部安装导流叶片或者辐射对流换热板，或者采用冷气对喷管内高温壁面进行冷却等，其最终的目的就是加强气流的掺混和壁面的换热，达到降低温度的作用，从而降低红外辐射。
[0005]对于二元引射喷管的研究，国外Choi等(Choi Y H，Soh ff Y.Computat1nalanalysis of the flowfield of a two-dimens1nal ejector nozzle[R].AIM-90-190，1990)对二元引射喷管两个控制参数(面积比和引射总压比)的变化影响进行了研究。国内也有对二元引射喷管的研究，刘福城(刘福城，吉洪湖，林兰之，黄伟，刘常春，斯仁.二元引射喷管几何特征参数对推力及红外的影响[J].航空动力学报，2011，06:1244-1250)通过数值模拟研究了二元引射喷管几何特征参数(间距比和面积比)对推力和红外特征的影响。
[0006]从现有文献来看，目前传统的二元引射喷管(如长套管二元引射喷管、短套管二元引射喷管等)其主要型面特征为在二元喷管出口套上当量直径略大的二元筒体，这样得到的二元引射喷管，首先对对喷管内部高温部件的遮挡效应的增强十分有限，即对固体壁面的红外辐射抑制效果十分有限；其次，喷管高温燃气流与喷管外引射的冷空气流在喷管出口的截面位置就开始掺混，引射的冷空气流没有单独的引射通道，引射冷空气流的阻力比较大，导致引射喷管外冷流空气的量也是很有限的，因此传统的引射喷管对喷流红外辐射的抑制效果也是比较有限的。
【发明内容】
[0007]本发明旨在克服现有技术的不足，提供一种在保证较高气动性能的前提下，可以明显降低发动机红外特征的用于二元喷管出口的低红外特征波瓣引射混合装置。
[0008]本发明提供的用于二元喷管出口的低红外特征波瓣引射混合装置，包括依次连接的矩形过渡段1、波瓣段2、波瓣过渡段3和分开式冷热流通道段4，在所述波瓣段2内设置有若干连续的波瓣结构，所述波瓣结构通过波瓣过渡段3平滑连接到分开式冷热流通道段4，每个波瓣结构通过波瓣过渡段3对应连接有隔板14 ;所述隔板14沿装置轴向方向竖直设置贯穿整个分开式冷热流通道段4，将冷热气流分隔开，形成交替分布的引射冷气流通道13和高温燃气流通道15。
[0009]进一步的，所述波瓣结构包括以装置横向中间截面镜面对称的一对波瓣单元，每个波瓣单元包括外扩张波瓣11、内扩张波瓣10以及连接内、外扩张波瓣的波瓣连接曲面12，每个波瓣连接曲面12大致以竖直方向设置，并通过波瓣过渡段3平滑连接一个隔板14 ；
所述内、外扩张波瓣以其在装置内的位置决定，靠近装置外侧的为外扩张波瓣11，靠近装置横向对称面的为内扩张波瓣10 ;两端的波瓣为外扩张波瓣11，则波瓣段2包括η对上下对称的外扩张波瓣11，以及包括η-1对内扩张波瓣10 ;
对称的外扩张波瓣11对应在分开式冷热流通道段4处形成高温燃气流通道15，对称的内扩张波瓣10对应在分开式冷热流通道段4处形成冷气流通道13。
[0010]更进一步的，定义矩形过渡段1的进口当量直径为D1，进口截面5面积为Α1，宽高比为AR，宽度为L5 ;定义波瓣段2出口截面7面积为Α2，波瓣过渡段3出口截面8面积为A3，分开式冷热流通道段4出口截面9面积为Α4 ;
定义矩形过渡段1轴向长度为L1，波瓣段2轴向长度为L2，波瓣过渡段3轴向长度为L3，分开式冷热流通道段4轴向长度为L4 ;
定义外扩张波瓣11末端的半径为R1，内扩张波瓣10末端的半径为R2，上下对称的波瓣连接曲面12在波瓣段2出口截面7的高度为L6，上下对称的波瓣过渡段3出口截面8处的高度为L7 ;冷气流通道13的宽度为L9，高温燃气流通道15的宽度为L8 ; 定义矩形过渡段1的进口当量直径D1、面积A1、宽高比AR及宽度L5分别与所连接二元喷管出口的当量直径、面积、宽高比及宽度相等，该装置宽度保持L5大小不变。
[0011]作为一种优选，所述波瓣段2出口截面7面积为A2等于矩形过渡段1的进口截面5面积A1 ;所述波瓣过渡段3出口截面8面积A3包括冷流截面面积和热流截面面积，总面积等于2倍的矩形过渡段1的进口截面5面积A1，冷气流通道13与高温燃气流通道15的截面面积相等，均为0.5倍的A3 ;所述分开式冷热流通道段4出口截面9面积A4包括冷流截面面积和热流截面面积，总面积等于2倍的矩形过渡段1的进口截面5面积A1，冷气流通道13与高温燃气流通道15出口截面面积相等，均为0.5倍的A4。
[0012]作为一种优选，所述内扩张波瓣11的对数η的值不小于1.5倍的宽高比AR，且不大于3倍的宽高比AR，η取整数。
[0013]作为一种优选，所述矩形过渡段1轴向长度L1不小于0.1倍的矩形过渡段1进口当量直径D1，且不大于0.25倍的D1 ;波瓣段2轴向长度L2不小于0.8倍的D1，且不大于1.2倍的D1 ;波瓣过渡段3轴向长度L3不小于0.12倍的D1，且不大于0.2倍的D1 ;分开式冷热流通道段4轴向长度L4不小于0.36倍的D1，且不大于0.6的D1。
[0014]作为一种优选，所述外扩张波瓣11末端的半径为R1的值取1/4η倍的矩形过渡段1进口宽度L5 ;内扩张波瓣10末端的半径为R2，其值取为1/4 (η_1)倍的L5 ;波瓣连接曲面12在波瓣段2出口截面7处的高度L6不小于0.27倍的矩形过渡段1进口当量直径D1，且不大于0.58倍的D1 ;波瓣过渡段3出口截面8处的高度L7的值为L6+ jt R1/2 ;冷气流通道13的宽度L9值与R2相等；高温燃气流通道15的宽度L8的值与R1相等。
[0015]本发