王利敏, 黃河源, 米百剛, 張宣佳, 趙美英

(1.航空工業(yè)第一飛機(jī)設(shè)計研究院, 陜西 西安 710089; 2.西北工業(yè)大學(xué) 航空學(xué)院, 陜西 西安 710072)

通風(fēng)冷卻系統(tǒng)[1-5]是飛行器內(nèi)部熱管理系統(tǒng)的一部分，其主要作用是引入外部低溫對電子設(shè)備艙、控制系統(tǒng)等進(jìn)行冷卻降溫，保證其良好運(yùn)行。一般情況下，通風(fēng)冷卻系統(tǒng)的開口位于機(jī)身表面或者進(jìn)氣道內(nèi)部，引入低溫氣流后通過管道接入設(shè)備艙，冷卻氣流流經(jīng)高溫設(shè)備表面后，從引射噴管或機(jī)身后的開口排出。其進(jìn)/排氣口形式、內(nèi)部管道形狀和布置方式對內(nèi)外流的影響較大，另外這種存在溫度差異的開口形式會引起電磁特性的改變。因此從這2個角度來講，入口格柵成為時下通風(fēng)冷卻系統(tǒng)必不可少的部件之一。

國內(nèi)外的學(xué)者對于進(jìn)排氣口格柵的氣動電磁特性開展了系列研究。Rumpf等[6]研究了氣動格柵技術(shù)在Typhon導(dǎo)彈、Triton沖壓發(fā)動機(jī)等的應(yīng)用，探索并證明了格柵良好的整流效果；Piercy等[7]利用NASA的實(shí)驗(yàn)裝置開展了進(jìn)氣道擴(kuò)壓器出口流動畸變的格柵改善機(jī)理研究，取得了良好效果; Chiccine等[8]加裝格柵到某沖壓發(fā)動機(jī)的燃燒室入口處，研究了其對流場畸變的改善效果。張樂等[9-10]對飛翼無人機(jī)保形進(jìn)氣道的進(jìn)口格柵的氣動和隱身特性進(jìn)行了研究，通過CFD方法，研究了格寬等因素對氣動/隱身效果的影響。楊瀚超等[11]對大S進(jìn)氣道的整流格柵進(jìn)行了設(shè)計，主要從氣動角度對其整流過程的機(jī)理進(jìn)行了分析，并進(jìn)行了相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)。梁德旺等[12]給出了進(jìn)氣道內(nèi)加裝格柵對進(jìn)氣道的氣動性能和電磁散射特性的影響，并給出了格柵幾何尺寸的限制選擇因素?？梢钥闯?，無論是國內(nèi)還是國外的研究，對于進(jìn)排氣道格柵的研究僅限于常規(guī)發(fā)動機(jī)進(jìn)氣道，對于通風(fēng)冷卻系統(tǒng)的鮮有涉及。而由于該系統(tǒng)與常規(guī)進(jìn)排氣道系統(tǒng)存在較大差別，相應(yīng)的流動機(jī)理也不一樣，因而對于該系統(tǒng)的進(jìn)排氣口格柵的研究顯得尤為必要。

本文針對以上問題，開展飛行器內(nèi)埋式通風(fēng)冷卻系統(tǒng)進(jìn)排氣道口格柵設(shè)計和氣動分析研究?；贑FD方法，以典型X-47飛行器為對象，適配流量設(shè)計四邊形開口進(jìn)排氣道，并在其入口/出口位置設(shè)計相應(yīng)的格柵，對4種格柵設(shè)計的主要參數(shù)：導(dǎo)流角、厚度、孔形狀和大小，對進(jìn)排氣道流阻特性的影響進(jìn)行了深入分析研究，總結(jié)通風(fēng)冷卻系統(tǒng)進(jìn)排氣口格柵設(shè)計的規(guī)律性特征，為飛行器的熱管理系統(tǒng)設(shè)計分析提供支撐。

1 通風(fēng)冷卻系統(tǒng)四邊形進(jìn)排氣口格柵模型

1.1 基礎(chǔ)平臺

本文的基礎(chǔ)飛行器模型選擇了X-47B無人機(jī)[13-14]構(gòu)型，如圖1所示。該飛行器是美國一款試驗(yàn)型無人戰(zhàn)斗飛行器(UCAV)。機(jī)長11.63 m，翼展18.92 m，艦載時可折疊，最大起飛質(zhì)量超過20 t，巡航飛行馬赫數(shù)可達(dá)0.9，實(shí)用升限12 km。選擇該模型是因?yàn)槠錂C(jī)身面較為平坦，布置內(nèi)埋式通風(fēng)冷卻系統(tǒng)能夠更好地說明關(guān)鍵技術(shù)問題。簡化后的計算模型及進(jìn)、排氣口形式如圖1所示。為了減少計算代價，進(jìn)、排氣道模型分開計算，均采用了部分機(jī)身外形。

圖1 X-47B三視圖

1.2 進(jìn)、排氣道及相應(yīng)格柵設(shè)計

1) 進(jìn)排氣道形式

通風(fēng)冷卻系統(tǒng)開口在機(jī)身平坦的表面上，因此其進(jìn)排氣道的形式與常規(guī)進(jìn)排氣道有所差別，如圖2所示。

圖2 進(jìn)排氣道模型

2) 格柵設(shè)計

格柵的作用除了屏蔽電磁特征，更重要的目的在于對進(jìn)入以及排出冷卻系統(tǒng)的氣流進(jìn)行整流，提高其入射品質(zhì)，保證通風(fēng)冷卻效率。常用的格柵入口主要為四邊形，如F-22進(jìn)排氣口[15]的設(shè)計，因而本文選擇的開口形式均為四邊形。

根據(jù)格柵特征可以看出，內(nèi)埋式進(jìn)排氣道的入口格柵設(shè)計包含比較多的設(shè)計因素，比較典型的包括：格柵孔形狀、孔徑大小、格柵厚度以及導(dǎo)流角，如圖3所示。格柵孔形狀決定了導(dǎo)流的細(xì)節(jié)；孔徑大小代表了單位時間通氣量的大小，也即通暢性；厚度表示氣流流經(jīng)過程的整流時間；導(dǎo)流角決定了格柵的傾斜程度，這與進(jìn)入或者排出的氣流品質(zhì)有關(guān)。

圖3 格柵設(shè)計參數(shù)

2 計算方法

本文的數(shù)值計算采用ANSYS CFX完成，涉及到內(nèi)外流一體化求解，采用基于三維非定常RANS方程的計算方法，湍流模型使用兩方程的SSTk-ω模型[16]。該模型適用于求解中小分離流動，對于航空領(lǐng)域的內(nèi)外流均具有較好的適應(yīng)性。

進(jìn)排氣的計算邊界條件如圖4所示。外部邊界均采用輸入入口、壓力出口、開口邊界以及對稱面和物面邊界。進(jìn)氣道模型的格柵、進(jìn)氣道管壁采用無滑移壁面，進(jìn)氣道出口采用質(zhì)量流量出口，排氣道入口采用質(zhì)量流量入口，其余為壁面邊界。

圖4 計算邊界

計算網(wǎng)格采用ANSYS ICEM CFD生成，由于格柵形狀復(fù)雜，因此采用非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格形式，局部進(jìn)行了網(wǎng)格加密，如圖5所示。無格柵構(gòu)型的計算總網(wǎng)格量為500萬，帶格柵構(gòu)型網(wǎng)格量為1 000萬。

圖5 計算網(wǎng)格

盡管沒有類似的格柵通風(fēng)冷卻系統(tǒng)標(biāo)模，但是其與常規(guī)進(jìn)氣道的計算方法是一致的，本文使用渦槳飛機(jī)的三通進(jìn)氣道進(jìn)行方法驗(yàn)證，試驗(yàn)數(shù)據(jù)來源于一飛院風(fēng)洞試驗(yàn)，其外形如圖6所示。取典型驗(yàn)證狀態(tài)為：來流馬赫數(shù)0.2，進(jìn)氣通出口質(zhì)量流量12.72 kg/s。計算得到的特征面總壓恢復(fù)系數(shù)為0.993 1，與試驗(yàn)值0.994相比誤差很小，表明了本文數(shù)值算法的可靠性。

圖6 計算短艙模型

3 進(jìn)氣口格柵設(shè)計及影響因素研究

3.1 不同格柵導(dǎo)流角的入口格柵流場特性

導(dǎo)流角實(shí)際上決定了外部相對平行的氣流與入射氣流之間存在的夾角。該角度越大，外部氣流的偏折程度越大，也越容易導(dǎo)致氣流在入口的急劇變化。分別計算20°,40°以及60°導(dǎo)流角時有無格柵的進(jìn)氣道構(gòu)型的流阻特性，計算狀態(tài)為：馬赫數(shù)0.25，海平面高度，進(jìn)氣道出口的質(zhì)量流量分別為1,1.5,2,2.5以及3 kg/s。格柵其他參數(shù)為：厚度100 mm，圓孔格柵，直徑20 mm。取格柵前后的位置為流阻計算特征面，其計算公式為

ΔP=Poutlet-Pinlet

(1)

式中，Pinlet和Poutlet分別為入出口截面的面積平均總壓。

首先開展網(wǎng)格無關(guān)性驗(yàn)證，選擇導(dǎo)流角20°圓形格柵構(gòu)型，設(shè)置不同的網(wǎng)格尺寸和加密形式，粗、中、細(xì)網(wǎng)格的單元數(shù)量分別為700萬,1 000萬和1 400萬，計算的進(jìn)氣道流阻特性變化曲線見圖7?？梢钥闯龃志W(wǎng)格的計算結(jié)果與其他2套網(wǎng)格相比明顯偏小，而中細(xì)網(wǎng)格的結(jié)果基本接近，因此可以認(rèn)為1 000萬中網(wǎng)格的結(jié)果基本收斂，后續(xù)的計算也以此網(wǎng)格劃分形式為參照。

圖7 網(wǎng)格無關(guān)性驗(yàn)證(導(dǎo)流角20°，圓形格柵進(jìn)氣道)

圖8為不同流量下的不同導(dǎo)流角格柵進(jìn)氣道的流阻特性變化規(guī)律。無格柵構(gòu)型中，20°導(dǎo)流角的流阻最小。加上格柵后，流阻特性有所改善。在2 kg/s流量下，20°導(dǎo)流角格柵構(gòu)型的壓降小于其他導(dǎo)流角構(gòu)型，但是流量增大到2.5和3 kg/s時，該構(gòu)型的壓降值均大于其他2個導(dǎo)流角構(gòu)型。

圖8 不同導(dǎo)流角下的有無格柵的進(jìn)氣道流阻特性變化

圖9為典型流量狀態(tài)下的截面流場圖。對于無格柵的外形，氣流進(jìn)入進(jìn)氣道的方式為偏折流入。導(dǎo)流角較小時，氣流偏折角較小，可以以一種比較緩和的方式進(jìn)入進(jìn)氣道。20°導(dǎo)流角外形的氣流流線向內(nèi)部彎曲后進(jìn)入，撞擊在管道后部的壁面上后向內(nèi)部流動。不同的流量形成的流場不一樣。小流量時，管道內(nèi)部靜壓相對較高，進(jìn)入的氣流受到阻滯減速后，容易誘導(dǎo)產(chǎn)生大量的分離流動。而當(dāng)流量增大后，進(jìn)入進(jìn)氣道內(nèi)部的氣流增多，流量增大，能量增大，能夠抑制分離的產(chǎn)生和發(fā)展。導(dǎo)流角增大后，氣流的射入方式發(fā)生變化。從這點(diǎn)來看，導(dǎo)流角其實(shí)決定了氣流的流入形式，從而決定了之后的管道內(nèi)部流動?？梢韵胂螅绻麑?dǎo)流角變?yōu)?°，此時就與常規(guī)的進(jìn)氣道類似，氣流可以直接正對截面進(jìn)入，而如果導(dǎo)流角增大到90°，則需要從平行的氣流向垂直方向引氣。

圖9 流量為1.5 kg/s的無格柵/圓孔格柵構(gòu)型截面流線

增加格柵后，盡管對流動本身來講是增加了阻礙的部件，但是也給氣流提供了整流的引導(dǎo)部件。對比有無格柵的流場可以看出，格柵孔能夠有效地將原本集中射入進(jìn)氣道的氣流分散，從格柵孔中進(jìn)入，因此加了格柵之后，流阻特性有所改善。當(dāng)然由于格柵的走向，強(qiáng)制氣流沿著其孔徑方向向內(nèi)部流入，在特定的流量條件下可能出現(xiàn)內(nèi)部流場品質(zhì)的惡化。這種現(xiàn)象的出現(xiàn)是強(qiáng)制整流后的不匹配導(dǎo)致的，也即事實(shí)上進(jìn)氣道應(yīng)該和格柵一起設(shè)計，相互匹配。但是就目前設(shè)計的進(jìn)氣道來看，還存在較大的提升空間。

3.2 不同格柵厚度的格柵進(jìn)氣道流阻特性

格柵的厚度(高度)是指格柵的垂直距離，表示了格柵延伸進(jìn)入進(jìn)氣道的長度。因?yàn)楦駯诺淖饔檬窃趦?nèi)流(進(jìn)氣道)和外流(飛行器表面流動)之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換過渡氣流，格柵的厚度越大，流阻特性應(yīng)該更好。但是，厚度增加帶來的是機(jī)構(gòu)復(fù)雜性和質(zhì)量的增加。本節(jié)即選擇50,100和150 mm格柵進(jìn)氣道進(jìn)行流阻特性分析。其他計算狀態(tài)與前文一致，結(jié)果如圖10～11所示。50 mm格柵的作用有限，其流場特征更接近于無格柵情形，而當(dāng)格柵的厚度增大到100 mm時，流場結(jié)構(gòu)的變化比較明顯，體現(xiàn)在進(jìn)氣道內(nèi)部下壁面的分離區(qū)被抑制并延長，出口的氣流紊亂程度減??；當(dāng)進(jìn)一步增大格柵厚度到150 mm時，該分離區(qū)被推向進(jìn)氣道內(nèi)部并且影響范圍減小，出口氣流的品質(zhì)顯著提升。另一方面，較厚的格柵對內(nèi)外流的隔離作用也更強(qiáng)。當(dāng)格柵厚度增大到100 mm時，該反流的強(qiáng)度明顯減弱，并且影響范圍有了明顯縮減。當(dāng)厚度為150 mm時，開口處的反流范圍已經(jīng)很小。然而，一味增大格柵厚度并不見得是件好事，一方面存在結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，另一方面會增加很多結(jié)構(gòu)質(zhì)量，這對整機(jī)性能的提升可能得不償失。因此建議兼顧結(jié)構(gòu)質(zhì)量要求來確定格柵的厚度。

圖10 不同厚度進(jìn)氣格柵模型的流阻曲線

圖11 不同厚度的圓孔格柵截面流線(1 kg/s)

3.3 不同格柵孔徑大小的進(jìn)氣道流阻特性

格柵孔徑大小影響的是格柵的流通率，格柵孔徑越大，對于氣流的阻擋越小，流通率越大，而越小的孔徑使得孔數(shù)量增多，對于氣流的干擾也越強(qiáng)烈。這種干擾反映在2個方面：①對氣流的疏導(dǎo)作用更明顯，因?yàn)榭讛?shù)的增多，氣流進(jìn)入進(jìn)氣道通道增加，分散的效果就是更加明顯的整流；②對氣流的阻礙更多，孔徑小，氣流進(jìn)入的阻力變大。目前本文使用的是圓形格柵孔，孔徑直徑為20 mm，本節(jié)再對35和50 mm孔徑的圓孔格柵進(jìn)氣道的氣動特性進(jìn)行計算，分析孔徑大小(流通率大小)對流阻特性的影響。計算結(jié)果如圖12～13所示。

圖12 不同孔徑大小進(jìn)氣格柵模型的流阻曲線

圖13為不同孔徑格柵進(jìn)氣道的截面流線圖。小流量時，外部氣流進(jìn)入進(jìn)氣道后需要減速，因而內(nèi)部流動相對緩和，靜壓高，容易受到外部氣流的牽引形成反向流動現(xiàn)象，即內(nèi)部氣流通過格柵孔向外部流出，在入口附近形成分離流。格柵孔較密時，對內(nèi)外氣流的阻隔作用較強(qiáng)，外部氣流進(jìn)入后不容易被吸引反流，還能夠抑制內(nèi)部流動的分離區(qū)向外部拓展，因此小流量時，孔徑較小的格柵構(gòu)型的流阻特性較好。隨著流量的增大，內(nèi)部流動能量增大，受外部干擾也減小，此時格柵孔的主要作用是提高入射氣流的品質(zhì)?？讖捷^小時，氣流在各個孔徑的壁面上黏滯，導(dǎo)致進(jìn)入后的氣流流速相對偏低，能量相對較小，因此在管道內(nèi)部流動時抵抗分離的能力也弱一點(diǎn)，如圖中所示的大流量小孔徑截面的管道底部分離范圍相對較大，而孔徑較大時有所改善。

圖13 來流馬赫數(shù)0.25時的截面流線圖(3 kg/s)

3.4 不同孔形狀的進(jìn)氣道外形流阻特性

本節(jié)在四邊形入口的基礎(chǔ)上對不同格柵孔形狀的影響進(jìn)行分析，除了之前的圓孔格柵，本節(jié)再增加2種新的孔徑外形：平行四邊形和三角形。設(shè)計的所有格柵孔徑大小均為20 mm，在平行四邊形格柵中反映的是四邊長度均為20 mm，三角形孔是在平行四邊形的基礎(chǔ)上剖分得到。由圖14～15可以看出，從外形上看，盡管孔徑尺寸類似，但是方形孔沿著四邊形開口的邊長方向布置，內(nèi)部存在銳角和鈍角區(qū)域，可能對氣流的通過性產(chǎn)生干擾，而圓形孔則不存在這種現(xiàn)象，對氣流的通過性和均勻性提高較好。三角形孔是在方形孔的基礎(chǔ)上建立的，將原本單一的方形孔劃分成了兩部分，中間的擋板使得原本的孔數(shù)量增大一倍，因此對氣流的分散效果更好，相當(dāng)于流入通道的增加，實(shí)際上是將整流通道增加，因此能夠改善氣流的品質(zhì)。

圖14 不同孔徑形狀的格柵進(jìn)氣道流阻曲線(Ma=0.25)

圖15 不同孔徑形狀的格柵進(jìn)氣道截面流線(3 kg/s)

4 排氣口格柵設(shè)計及影響因素研究

排氣口的影響因素與進(jìn)氣口類似，也分為導(dǎo)流角、厚度、孔徑大小和形狀。區(qū)別在于排氣道的流通管道和內(nèi)外流的匹配關(guān)系，因此此處的格柵的作用與進(jìn)氣道剛好相反。

4.1 導(dǎo)流角的影響

排氣道出口格柵的導(dǎo)流角定義與進(jìn)氣道類似，為排氣道的重心在出口處與機(jī)身弦線的交角。本文對比計算20°,40°以及60°導(dǎo)流角對格柵排氣道的流阻特性的影響。計算狀態(tài)與進(jìn)氣道一致，流阻由格柵進(jìn)出面的平均總壓差值得到，結(jié)果如圖16～17所示。

圖16 不同導(dǎo)流角格柵排氣道流阻曲線(Ma=0.25)

圖17 不同導(dǎo)流角無/有格柵排氣道截面流線(2.5 kg/s)

導(dǎo)流角較大的情況可能在出口附近出現(xiàn)回流區(qū)，這與管道形狀以及出口處的氣流擾動有關(guān)系。隨著導(dǎo)流角的減小，管道內(nèi)的氣流與外流的平行度變好，流出排氣道時與外流的夾角較小，能夠以更小的阻力匯合入主流中。增加格柵后，增加了流動的阻力，使得氣流從分散的多個孔道中匯入外部流動。對于導(dǎo)流角較大的情形，緩和了無格柵時氣流在入口附近變化較為劇烈的事實(shí)，因此其總壓的壓差值相對變小。當(dāng)導(dǎo)流角減小后，管道內(nèi)的流動相對更接近于平直的排氣流動，出口處的向上垂直抽吸的速度分量減小，對于管道內(nèi)部的氣流來講，其總壓變化特性也更加接近與平直排氣口增設(shè)格柵的情況，其流阻表現(xiàn)為正值。

綜合來看，如果導(dǎo)流角越小，其實(shí)越有利于排氣，因?yàn)橥獠苛鲃訉?nèi)流動的牽引混合作用可能相對更小。但是，越小的導(dǎo)流角就需要較長的排氣管道，對于空間和質(zhì)量的要求就更高，所以這也需要在設(shè)計中予以考慮。

4.2 格柵厚度的影響

厚度決定了排出氣流在格柵中的流通長度和時間，圖18～19對比了50,100以及150 mm格柵排氣道的流阻特性。從流線來看，厚度越大，流線在出口的變化越緩和，也反映出在流動過程中格柵孔的整流作用。流動過程中，氣流被格柵孔的孔板所阻擋，會在隔板附近產(chǎn)生分流現(xiàn)象，然后進(jìn)入格柵孔中向出口運(yùn)動。當(dāng)厚度較薄時，受到擾動的氣流通過較短的格柵孔后，尚未恢復(fù)穩(wěn)定的流動便受到了外部氣流的新干擾，從而降低了其流動的品質(zhì)，因而其流阻反而較大。當(dāng)格柵厚度增加后，氣流在入口受到擾動，有足夠的通道可以讓其恢復(fù)穩(wěn)定，這樣的流阻反而減小。當(dāng)然了，恢復(fù)穩(wěn)定流動后管道的黏性影響開始顯著，加上因?yàn)榱鞯雷冋鸬膲翰钭枇?，最后的流阻也是增大的?/p>

圖18 不同厚度格柵排氣道流阻特性(Ma=0.25)

圖19 不同厚度格柵排氣道截面流線(3 kg/s)

綜合來看，排氣道的格柵設(shè)計中，格柵的厚度要在合適的范圍內(nèi)。太小，受到擾動的氣流無法恢復(fù)穩(wěn)定，太大，則黏性和其他干擾比較嚴(yán)重。就本文的研究過程來看，100 mm厚度的格柵在3個方案中是比較合適的。

4.3 格柵孔大小影響

與進(jìn)氣類似，排氣格柵孔的大小也要平衡阻力和整流的效果。為此，對比計算20,35和50 mm圓孔格柵排氣道的流阻特性，如圖20～21所示。

圖20 不同孔徑下的格柵排氣道流阻特性(Ma=0.25)

圖21 不同孔徑大小的圓孔格柵排氣道截面流線(1 kg/s)

增加了孔徑后，出口的流動品質(zhì)是改善的，比如原來在出口的下壁面部分有可能出現(xiàn)分離流動，這種分離流動與小流量有關(guān)，因?yàn)榱魉俚?，?nèi)部的氣流現(xiàn)象接近靜止，被外部氣流抽吸后引起死水區(qū)的回流。增加了格柵后這種抽吸作用被分散化、均勻化，因而這個出口的回流消失?？讖降脑龃蠼o了氣流更加通暢的流動途徑。這種通暢性在小流量時優(yōu)勢性較好，然而在流量較大時由于外部低壓區(qū)的吸引作用，使得出口處的氣流受到比較明顯的干擾，有可能導(dǎo)致其紊流度增大，此時較小孔徑的格柵因?yàn)榱鲃油ǖ蓝啵瑢饬鞯姆稚⒆饔幂^好，能夠在一定程度上抑制這種相互干擾作用，表現(xiàn)出大流量時流阻特性稍好。

4.4 格柵孔形狀影響

與進(jìn)氣道類似，計算分析圓孔、四邊形孔和三角形孔格柵排氣道的流阻特性，結(jié)果如圖22～23所示。

圖22 不同孔形狀格柵排氣道流阻特性(Ma=0.25)

圖23 不同孔形狀格柵排氣道截面流線(1 kg/s)

低速時，無格柵模型的出口回流會隨著流量的增大而消除，或者增加格柵后，抑制了內(nèi)外流的相互影響，也疏導(dǎo)了出口的流動，也消除了這個回流區(qū)。圓孔格柵、方形格柵和三角形孔格柵的截面流線特征在各個馬赫數(shù)下和流量下均相差不大，但是局部的速度和流場特性區(qū)別明顯。比如由于三角形孔的孔隔板排列較圓孔和方形孔不規(guī)則，對流過出口處的外部氣流影響比較大，在此處的阻礙作用比較明顯，因而其速度分布和壓力分布與其他兩者不同，同時，因?yàn)槠鋯蝹€格柵孔的面積實(shí)際上是相對較小的，通過該孔的氣流的加速作用比其他兩者強(qiáng)，因此在排氣孔后部形成的分離區(qū)稍微較其他明顯。

綜合來看，在排氣道的格柵設(shè)計中，圓孔、方形孔和三角形孔格柵的流阻特性是不一樣的，但是其隨流量的變化規(guī)律基本一致。圓孔格柵的流阻相對較小，其次是方形格柵，最大的是三角形格柵。

5 結(jié) 論

本文以X-47B模型為研究對象，對內(nèi)埋式的通風(fēng)冷卻系統(tǒng)進(jìn)排氣口格柵氣動設(shè)計進(jìn)行了詳細(xì)的分析。在其機(jī)身平坦部位設(shè)計進(jìn)氣道和排氣道四邊形開口，對導(dǎo)流角、厚度、格柵孔徑形狀和大小等因素對進(jìn)、排氣道的流阻特性影響效果進(jìn)行了研究，得到的結(jié)論如下：

1) 導(dǎo)流角方面，對于無格柵的進(jìn)氣道，顯然導(dǎo)流角越小越好。小流量時，較小的導(dǎo)流角表現(xiàn)出更好的流阻特性；而對于排氣道，排氣道的導(dǎo)流角越小，其特性越接近常規(guī)的排氣道，越有利于排氣，但是也意味著內(nèi)部的管道更長，需要綜合結(jié)構(gòu)質(zhì)量進(jìn)行考慮；

2) 厚度方面，越厚的進(jìn)氣格柵的氣流疏導(dǎo)作用是更明顯的。而對于排氣道，太薄厚度的格柵擾動氣流后沒有足夠的管道來恢復(fù)其穩(wěn)定性，太厚的格柵則增加了黏性阻力和其他干擾阻力，流阻特性均不好，合適厚度的格柵才能夠兼顧整流和減阻；

3) 格柵孔形狀上，進(jìn)氣道和排氣道的圓形孔格柵對氣流的作用相對比較均勻，因此性能最好，幾乎在整個流量范圍內(nèi)，其流阻都最小；

4) 格柵孔大小方面，進(jìn)氣道和排氣道的特性不一樣。對于進(jìn)氣道，孔徑的大小一方面影響氣流的整流，一方面也影響氣流進(jìn)入的通暢性。小流量時可采用較小的孔徑，通過孔數(shù)量的增加來對流速較小的氣流進(jìn)行更好的分散疏導(dǎo)，抑制內(nèi)外流的相互干擾，這在低速時表現(xiàn)的更為明顯。而對于排氣道，小流量采用大孔徑格柵，大流量則需要采用較小孔徑格柵提高整流效果。

當(dāng)然，無論是進(jìn)氣道還是排氣道口格柵，其設(shè)計實(shí)際上應(yīng)該與進(jìn)氣道/排氣道相適配，這在本文的研究中也能夠比較明顯地反映出來。將兩者作為一體來考慮，才能夠獲得綜合性能的最佳效果。