低可探测特征是现代及未来隐身飞机应具备的最主要特征之一。低可探测S弯喷管可大幅降低航空发动机排气系统的红外辐射强度和电磁散射信号,显著增强飞机的隐身能力,因此,低可探测S弯喷管已成为目前备受关注的隐身技术之一。本文围绕隐身飞机用排气系统,开展了低可探测S弯喷管型面设计方法、复杂流动机理、参数影响规律及其与发动机整机匹配性能评估技术研究。主要内容包括:1、根据低可探测S弯喷管的S弯构型、圆转方截面过渡以及二元喷口的典型结构特征,提出了基于多参数耦合的变截面S弯喷管设计方法,建立了完全遮挡高温涡轮部件的低可探测条件,实现了不同构型的低可探测S弯喷管设计。设计过程主要包括,喷管中心线变化规律设计、喷管沿程流通截面设计、完全遮挡涡轮的低可探测约束条件的建立以及喷管的型面生成。低可探测S弯喷管涉及到的可变几何参数包括,中心线的曲线个数、各段S弯曲线的轴向长度、各段S弯曲线的纵向偏距、各S弯曲线的变化规律,各段S弯通道的出口面积及其变化规律、各段S弯通道的出口宽度及其变化规律、各段S弯通道的出口高度及其变化规律以及各段S弯通道的出口截面形状参数及其变化规律。低可探测S弯喷管的完全遮挡高温涡轮的低可探测约束条件为喷管对称面的上、下纵线的公切线通过喷管出口的上顶点或者通过喷管进口的下顶点。2、通过数值模拟结合模型试验的方法,验证了进行低可探测S弯喷管流场特性计算的湍流模型的适应性。基于丰富的流场信息,详细分析了低可探测S弯喷管内的复杂流场特征及其产生机理。研究表明:SST k-ω湍流模型可以更准确地预测低可探测S弯喷管内的流动特性;低可探测S弯喷管内的气动参数分布不均匀;弯曲构型导致喷管的转弯处产生局部加速区,在转弯之后的靠近曲率中心的一侧产生沿流向的逆压梯度,相应位置处的边界层变厚;喷管内存在着因近壁面流体在横向/法向压力梯度下沿着壁面向主流的反方向运动而形成的旋涡结构的二次流;低可探测S弯喷管内存在着局部加速损失、碰撞损失、二次流损失、激波损失以及沿程的摩擦损失,这些损失是导致喷管气动性能下降的根本原因。3、数值研究了均匀来流条件下,气动、几何参数(包括喷管落压比,S弯曲线个数,中心线变化规律,第一段S弯出口面积、宽度、纵向偏距,两弯轴向长度比,喷管出口宽高比,长径比)对低可探测S弯喷管内部流动特性以及气动性能的影响,给出了各影响参数造成喷管气动性能变化的本质原因,研究表明:相比于低可探测单S弯、三S弯喷管,双S弯喷管可更好地满足空间布局与气动性能的要求;在进行低可探测双S弯喷管设计时,转弯处应选择变化较缓的中心线变化规律,喷管第一弯出口面积应取较大的值,可根据空间布局要求适当放大第一弯出口宽度,第一弯纵向偏距应取较小的值,喷管出口宽高比应取4~6,两弯轴向长度比应取2:3~1:1,喷管的长径比应取2.5~3.0。分析了内/外涵、尾锥、支板及进口旋流的引入以及发动机工作状态的改变等非均匀进气条件对低可探测S弯喷管内复杂流场特性的影响机制,研究表明:低可探测S弯喷管的气动性能损失主要是由其内部的流动损失所造成的,其他参数的影响较小;随着进口旋流角的增大,喷管气动性能稍变差;随着支板安装角的增大,喷管气动性能略有下降。4、开展了低可探测S弯喷管与航空发动机整机匹配特性研究。基于试验设计、响应面近似建模及部件级发动机性能模拟的整机匹配方法,建立了低可探测S弯喷管近似模型与航空发动机的整机匹配模型,完成了低可探测S弯喷管与发动机的整机匹配分析。研究表明:装配低可探测S弯喷管的航空发动机的高度特性、速度特性、节流特性与装配常规轴对称喷管的航空发动机特性相似;在压气机特性图上,装配低可探测S弯喷管的航空发动机与装配轴对称喷管的航空发动机在相同条件下的共同工作线完全重合,而在风扇特性图上,装配低可探测S弯喷管的航空发动机的共同工作线向喘振边界方向移动;在不同的飞行高速、速度以及发动机转速下,装配低可探测S弯喷管的航空发动机的推力比装配轴对称喷管的航空发动机小0.04%~5.95%,耗油率比装配轴对称喷管的航空发动机高1.43%~6.48%;低可探测S弯喷管几何参数对航空发动机的推力与耗油率的影响规律主要与其对流量系数、推力系数的影响规律有关,几何参数中的两弯轴向长度比、第一弯出口面积以及出口宽高比这三个参数对整机性能的影响较大;不同飞行条件下,低可探测S弯喷管几何参数对整机性能的影响规律是相同的。