针对现有逆流控制矢量喷管结构,在喷管外套管尾部上侧沿切线方向,上壁面延伸1/3外套管的长度。通过降低延伸壁面与主流之间区域的压力,使主流在延伸壁面下方继续偏转,从而提高推力矢量角。相同设计工况下对原型喷管与单侧延伸壁面型喷管进行数值模拟,得到喷管内流场的压力系数和马赫数分布情况等。结果表明,增加的延伸壁面会影响推力矢量角,推力矢量角会随着抽吸压差的增大而变大,在抽吸压差为2.5 MPa时最大提高至3.09°。

为提高逆流控制矢量喷管的气动性能,提出一种逆流控制矢量喷管的引射设计方案,在喷管外套管尾部沿切线方向引入一股射流,通过改变外套管内部流场及高速气流的卷吸作用,提高整个喷管的推力矢量角。运用数值模拟的方法,对原型喷管与引射式喷管(称为改进型喷管)在相同设计工况下进行计算,先后得到了流场的压力系数、马赫数、流线等分布情况并进行分析。研究表明引射会对推力矢量角及推力系数产生影响,与同等工况下的原型喷管相比较,改进型喷管的矢量角提高2.89°,推力系数提高0.72%;引射会增大主流两侧压差,同时对主流卷吸使其向上偏转;当引射压强增大时,改进型喷管主流两侧的压差也会随之增大,从而提高推力矢量角。

双喉道控制矢量喷管具有良好的推力矢量性能。为了进一步提高双喉道控制矢量喷管的性能,提出一种双射流双喉道矢量喷管的设计概念。在喷管的第二喉道处上壁面增加一个射流通道,给主流提供径向速度的同时也降低推力损失,既能增大推力矢量角,又能获得较大的推力系数。对该喷管二次射流设计参数进行数值模拟,结果表明二次射流流量比、入射角度都会对喷管的内部流态造成直接影响,从而影响推力矢量角、推力系数。由此方法得出的最佳推力矢量性能为最佳推力矢量角为16.5°时,相对应的推力系数为96.7%。