航空发动机隐身性之尾喷管技术分析

航空发动机隐身性之尾喷管技术分析

邱朝

（飞行器动力工程西安航空学院阎良10021）

摘要：随着航空科技的不断发展和未来战场的需求，对于飞机的各种性能也要求的越来越高，本文主要针对于航空发动机隐身方面的技术分析，通过对比国内外航空发动机隐身的原理和方法，从而对未来航空发动机隐身技术发展的方向做出了一个准确的推测。

Analysis of stealthy technology for aeroengine and exhuast nozzle Abstract:company with aero-technology constantly congress and fultural battlefield.It’s advanced require for a kind of airplane’s performance.The acticle mainly point the aspect in which stealthy technology analysis of aeroengine.Passed by comparing with home and abroad aeroengine stealthy priciple and method.Thus make a accurate prediction about aeroengine stealthy technology direction of development.

前言：

飞机隐身技术是指以减小飞机的电、光、声等可探测特征，来提高其突防和生存能力的一种技术。美国第一批采用隐身技术的B-1B战略轰炸机与老式B_52相比，速度提高两倍，载弹量增加5000，但其雷达反射面积仅为其100，不到1平方米。而随后研制的B-2轰炸机，其探测特性只有百万分之一的数量级，在雷达光屏上的反映，只相当于一个飞行中的蜂鸟，因而具有很强的突防、作战和生存能力。发展发动机隐身技术是实现飞机隐身的重要一环，其内容函盖减小发动机可观察部件的探测反射特征、降噪和红外抑制技术，而对于尾喷管的改造则能很大程度上改善整体发动机的隐身性能。

1尾喷管的作用和类型

在涡轮风扇发动机上，喷管的主要作用是使发动机排出的燃气继续膨胀，

将燃气的可用功转变为动能，燃气以高速度喷出，使发动机产生反作用推力。此外，通过调整喷管喉道面积可以改变压气机和涡轮的共同工作点，实现对整个发动机工作状态点的控制。因此，喷管的喉道面积可以作为发动机的1个调节量Cil近些年来，随着飞机/发动机隐身性能的提高，喷管还承担着降低发动机红外辐射、减少发动机雷达反射的任务。

按照对发动机的调节能力的不同，喷管可分为收敛喷管和收扩喷管;按照喷管形状不同，喷管可分为轴对称喷管、二元喷管、S弯喷管、塞氏喷管和单边膨胀喷管（图如下所示）等;按照是否具有矢量推力能力，喷管可分为矢量喷管和常规喷管(非矢量)。此外，多种类型的喷管还可以组合取名，如轴对称矢量喷管、二元矢量喷管、单边膨胀二元矢量喷管等。

（常规喷管和锯齿形尾喷管）

（F22的矢量尾喷管）

2飞机隐身之喷管设计依据

对于进行飞机发动机的隐身设计来说，主要可以从以下几点为切入点，进

行改进和设计。

2.1降低发动机的噪音

采用吸音装置和改进尾喷管的气流稳定性是降低发动机噪音，而实现飞机隐身的另一途径。具有隐身性能的F-19A的一个显著特点就是噪音特别小。据称，在跑道上距离其30m,它所发出的声音不高于蜜蜂所发出的嗡嗡声。噪音是由速度和频率都不稳定的气流产生。

2.2红外抑制技术

飞机具有较强的红外辐射特征，红外探测器、红外制导武器就是利用这一特征发现、跟踪并攻击的。据统计，1979年一1985年期间，世界范围空战中，已知被击落的飞机有90%是红外导弹击落的。在沙漠风暴行动中，被美军击落的伊拉克飞机几乎100%是被红外制导导弹击落的。飞机的红外辐射主要来自

三个方面，即发动机本身的工作热辐射，发动机喷口的燃气流，飞行过程中机体与空气的摩擦产生的热辐射。

发动机隐身噪音处理之尾喷管

2.1.1锯齿形尾喷口

锯齿型尾喷口是当前最先进的商用发动机尾喷流噪声控制技术，己成功应用于A380和8787飞机的设计中，如图3所示示，原理是在发动机尾喷管出口设置锯齿，锯齿嵌入尾喷流生成流线涡(Streamwise Vorticity)结构，加强喷流和周围空气的混合。特点在于设计时只需对喷管口型而进行较小的改动，在实现噪声降的同时，发动机的性能损失很小。2.1.2微喷射流（新型的尾喷流主动控制技术）《降噪补充知识》

微喷射流是一种新兴的尾喷流气动噪声主动控制技术川，原理和效果与锯齿

型尾喷口类似。微喷射流从发动机引入，以一定角度向尾喷流的剪切层中喷入微型二次扰流，使湍流混合区结构发生显著变化，改变喷流噪声特性，达到控制声源特性的目的，微喷降噪系统如图5所示。相比锯齿型尾喷口等被动控制技术，微喷射流的优势在于能够灵活控制施加时机，当飞机飞离机场区域后即可停比该系统工作，最大程度地避免发动机性能下降。

微喷射流对喷流气动噪声的影响因素包括微喷嘴的结构、布局和工作参数。近年来，针对微喷射流技术的研究，主要集中于获得不同微喷射流条件下的气动噪声频谱特性和指向性特征的变化，研究各种因素与喷流噪声之间的关联性。C. Thomas}lz〕搭建了一套由36个微喷嘴构成的微喷射流系统，对高雷诺数轴对称喷流进行了系统的微喷射流降噪实验，研究了包括微喷射流质量流率、微喷射流压力等参数对喷流噪声的抑制作用。M.H.Seth和J.U.Ephraim}lj〕探讨了把微喷射流降噪技术应用于内外涵道组合喷流来降低喷流噪声的可能性。研究表明:微喷射流喷射入内外涵道喷流之间的剪切层，诱发流向涡，卷走内外涵道喷流之间的空气，得到比常规无微喷射流作用更大的混合效果，从而降低喷流速度和温度，使喷流噪声得到抑制。P.Michael等.‘〕用拉瓦尔喷管模拟发动机内涵道的超声速尾喷流，并在喷管尾缘处设置微喷射流系统，对内外涵道尾喷流的剪切层进行充分混合。把近场、远场声学测量的实验结果和没有微喷射流降噪设置的实验数据进行了对比，初步确定了微喷射流对超声速喷流噪声的影响。M.B. Alkislar等山〕重点研讨了流向涡对轴对称尾喷流的气动声学作用，实验中分别采用微喷射流和锯齿型尾喷管生成流向涡，近场噪声特性分析采用了立体PIV技术。实验结果表明，微喷射流在更大的辐射范围内具有更高的效率。

发动机隐身红外处理之尾喷管