一种大涵道比发动机分开式喷管设计方法技术

一种大涵道比发动机分开式喷管设计方法，适用于大涵道比发动机分开式喷管中内涵喷管和外涵喷管的设计；采用参数化设计，以光滑连续的曲线构建喷管壁面，应用合理的收敛段沿程面积变化规律确定喷管沿程面积变化，具体流程为：用于定义喷管气动设计初始参数并赋值的步骤一；用于求解喷管中位面型线的步骤二；用于求解喷管沿程面积变化规律的步骤三；用于求解喷管内、外壁面型线的步骤四；用于计算喷管气动性能的步骤五；设计时在流通截面上按收敛形式。本发明专利技术的优点：可以快速的设计出一种大涵道比发动机喷管流路方案并根据实际情况调整喷管的走向，应用此设计方法可显著降低设计周期。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】，适用于大涵道比发动机分开式喷管中内涵喷管和外涵喷管的设计；采用参数化设计，以光滑连续的曲线构建喷管壁面，应用合理的收敛段沿程面积变化规律确定喷管沿程面积变化，具体流程为：用于定义喷管气动设计初始参数并赋值的步骤一；用于求解喷管中位面型线的步骤二；用于求解喷管沿程面积变化规律的步骤三；用于求解喷管内、外壁面型线的步骤四；用于计算喷管气动性能的步骤五；设计时在流通截面上按收敛形式。本专利技术的优点：可以快速的设计出一种大涵道比发动机喷管流路方案并根据实际情况调整喷管的走向，应用此设计方法可显著降低设计周期。【专利说明】
本专利技术涉及航空发动机喷管设计领域，特别涉及了。
技术介绍
喷管是大涵道比发动机的重要组成部分，其性能对于高性能运输机来说有着非常明显的影响，即使其性能有细微变化也会使飞机性能产生较大的改变。分开式排气喷管是目前应用最广泛的大涵道比发动机排气喷管形式，其内涵喷管和外涵喷管具有相似的几何外形，在进行气动设计时可以采取相同的设计方法。传统的大涵道比发动机喷管设计采用的方法是构建若干几何参数，建立数学模型，构建喷管的流路外形。喷管壁面的外形由一组线段表示，线段之间采用圆弧光滑连接。由于直线和圆弧曲率的不一致，导致曲线的结合处存在曲率不连续的过渡点，在曲率不连续的点易产生速度和压力的突变，降低了喷管的性倉泛。
技术实现思路
本专利技术的目的是，提供一种大涵道比发动机分开式喷管气动设计方法，既适合于军用运输机，又适合于民用客机。本专利技术提供了，其特征在于:大涵道比发动机分开式喷管设计方法，大涵道比发动机喷管气动设计方法适用于大涵道比发动机分开式喷管中内涵喷管和外涵喷管的设计。采用参数化设计，以光滑连续的曲线构建喷管壁面，应用合理的收敛段沿程面积变化规律确定喷管沿程面积变化，具体流程为:用于定义喷管气动设计初始参数并赋值的步骤一；用于求解喷管中位面型线的步骤二；用于求解喷管沿程面积变化规律的步骤三；用于求解喷管内、外壁面型线的步骤四；用于计算喷管气动性能的步骤五。 设计时在流通截面上按收敛形式。步骤一中的初始参数包括喷管进口内径、中位面型线进口半径、喷管进口外径、中位面型线进口角度、喷管出口内径、中位面型线出口半径、喷管出口外径、中位面型线出口角度、喷管长度、喷管沿程面积变化规律。所述的步骤二、步骤三、步骤四及步骤五为用计算机程序生成喷管的中位面型线及喷管外形，其中计算程序可采用MATLAB、VB、C语言编制；程序输出的喷管型面文件可采用通用的或商用的流体计算软件读取，并根据输入参数计算其气动性能。喷管中位面型线采用光滑、连续的多项式曲线或B样条曲线，收敛段面积变化规律从Batchelor-Shaw曲线、Pennylvania曲线、维辛斯基曲线、五次曲线、双三次曲线中进行选择。对大涵道比发动机喷管按照如下步骤进行气动设计，具体步骤为:定义喷管气动设计初始参数的步骤一，包括喷管进口内径R_in_l、中位面型线进口半径R_in_m、喷管进口外径R_in_2、中位面型线进口角度α、喷管出口内径R_out_l、中位面型线出口半径R_out_m、喷管出口外径R_out_2、中位面型线出口角度β、喷管长度L、喷管沿程面积变化规律S_d。表1喷管外形几何参数变量的定义，图1喷管外形几何参数示意。根据初始参数求解喷管中位面型线的方程或函数的步骤二。以五次多项式曲线示例喷管中位面型线求解过程。五次多项式曲线控制方程为faa+aiX+ay+ay+ay+a；^5。其一阶导数为Y=Bpa^Sa3XWa4XMa5X4t5其二阶导数为:y’’=2a2+6a3x+12a4x2+20a5x3。设定五次多项式曲线的起始点坐标、一阶导数和二阶导数分别为(Xl，yi)、y/、y/’，终止点坐标、一阶导数和二阶导数分别为(x2，y2)、y2’、y2’’，根据线性方程组⑴求出a。、B1 > a2、a3、a4、a5。将a。、B1 > a2、a3、a4、a5代入方程中即可得到该曲线方程。【权利要求】1.，其特征在于:大涵道比发动机分开式喷管设计方法，大涵道比发动机喷管气动设计方法适用于大涵道比发动机分开式喷管中内涵喷管和外涵喷管的设计； 采用参数化设计，以光滑连续的曲线构建喷管壁面，应用合理的收敛段沿程面积变化规律确定喷管沿程面积变化，具体流程为: 用于定义喷管气动设计初始参数并赋值的步骤一； 用于求解喷管中位面型线的步骤二； 用于求解喷管沿程面积变化规律的步骤三； 用于求解喷管内、外壁面型线的步骤四； 用于计算喷管气动性能的步骤五； 设计时在流通截面上按收敛形式； 步骤一中的初始参数包括喷管进口内径、中位面型线进口半径、喷管进口外径、中位面型线进口角度、喷管出口内径、中位面型线出口半径、喷管出口外径、中位面型线出口角度、喷管长度、喷管沿程面积变化规律； 所述的步骤二、步骤三、步骤四及步骤五为用计算机程序生成喷管的中位面型线及喷管外形，其中计算程序可采用MATLAB、VB、C语言编制；程序输出的喷管型面文件可采用通用的或商用的流体计算 软件读取，并根据输入参数计算其气动性能。2.按照权利要求1所述的大涵道比发动机分开式喷管设计方法，其特征在于:喷管中位面型线采用光滑、连续的多项式曲线或B样条曲线，收敛段面积变化规律从Batchelor-Shaw曲线、Pennylvania曲线、维辛斯基曲线、五次曲线、双三次曲线中进行选择； 对大涵道比发动机喷管按照如下步骤进行气动设计，具体步骤为: 定义喷管气动设计初始参数的步骤一，包括喷管进口内径R_in_l、中位面型线进口半gR_in_m、喷管进口外径R_in_2、中位面型线进口角度α、喷管出口内径R_out_l、中位面型线出口半径R_out_m、喷管出口外径R_out_2、中位面型线出口角度β、喷管长度L、喷管沿程面积变化规律S_d ； 根据初始参数求解喷管中位面型线的方程或函数的步骤二 ；以五次多项式曲线示例喷管中位面型线求解过程； 五次多项式曲线控制方程为:Y=Bc^aMa2Xia3Xia4XVa5X5 ；其一阶导数为 'f =a1+2a2x+3a3x2+4a4x3+5a5x4 ；其二阶导数为:y’ ’ =2a2+6a3x+12a4x2+20a5x3 ； 设定五次多项式曲线的起始点坐标、一阶导数和二阶导数分别为(Xl，yi)、y/、y/ ’，终止点坐标、一阶导数和二阶导数分别为(x2，y2)、y2’、y2’’，根据线性方程组⑴求出％、&1、a2、a3、a4、a5 ;将aQ、a2> a3、a4、a5代入方程中即可得到该曲线方程； 【文档编号】G06F17/50GK103823921SQ201310659759【公开日】2014年5月28日 申请日期:2013年12月5日 优先权日:2013年12月5日 【专利技术者】汪东, 丛明辉, 张佐依, 杜寅威, 石岩 申请人:中国航空工业集团公司沈阳发动机设计研究所本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种大涵道比发动机分开式喷管设计方法，其特征在于：大涵道比发动机分开式喷管设计方法，大涵道比发动机喷管气动设计方法适用于大涵道比发动机分开式喷管中内涵喷管和外涵喷管的设计；采用参数化设计，以光滑连续的曲线构建喷管壁面，应用合理的收敛段沿程面积变化规律确定喷管沿程面积变化，具体流程为：用于定义喷管气动设计初始参数并赋值的步骤一；用于求解喷管中位面型线的步骤二；用于求解喷管沿程面积变化规律的步骤三；用于求解喷管内、外壁面型线的步骤四；用于计算喷管气动性能的步骤五；设计时在流通截面上按收敛形式；步骤一中的初始参数包括喷管进口内径、中位面型线进口半径、喷管进口外径、中位面型线进口角度、喷管出口内径、中位面型线出口半径、喷管出口外径、中位面型线出口角度、喷管长度、喷管沿程面积变化规律；所述的步骤二、步骤三、步骤四及步骤五为用计算机程序生成喷管的中位面型线及喷管外形，其中计算程序可采用MATLAB、VB、C语言编制；程序输出的喷管型面文件可采用通用的或商用的流体计算软件读取，并根据输入参数计算其气动性能。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：汪东，丛明辉，张佐依，杜寅威，石岩，
申请(专利权)人：中国航空工业集团公司沈阳发动机设计研究所，
类型：发明
国别省市：辽宁;21