[發明專利]大涵道比發動機分開式排氣噴管氣動設計方法

有效

• 申請號: 200810013241.4
• 申請日: 2008-09-18
• 公開（公告）號: CN101676918A
• 公開（公告）日: 2010-03-24
• 發明（設計）人: 張錦繡;賈東兵;龔正真;葉留增;邵萬仁;汪東
• 申請（專利權）人: 中國航空工業第一集團公司沈陽發動機設計研究所
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 沈陽晨創科技專利代理有限責任公司
• 代理人: 張 晨

1.大涵道比發動機分開式排氣噴管氣動設計方法，其特征在于： 采用參數化設計，以直線段的形式構成噴管氣動外形，直線段之間用 圓弧光滑連接，具體流程為：

用于定義噴管氣動設計初始參數并賦值的步驟一；

所述噴管氣動設計初始參數定義及賦值情況為：

O₁外涵噴管進口外側頂點坐標，數值為（0，840.89），與中介機 匣相連；O₂外涵噴管進口內側頂點坐標，數值為（0，513.79），與中 介機匣相連；O₃內涵噴管進口外側頂點坐標，數值為（1493，497）， 與渦輪后機匣相連；O₄內涵噴管進口內側頂點坐標，數值為（1493， 330），與渦輪后機匣相連；

A外涵噴管出口外側頂點坐標，預先賦值，和短艙的末端有關；

B外涵噴管出口內側頂點坐標；

C內涵噴管出口外側頂點坐標；

H內涵噴管出口內側頂點坐標；

D內涵噴管喉部外側頂點坐標，同時也是BC和O₃D的交點；

G內涵噴管喉部內側頂點坐標；

Q內涵噴管內側一段直線段的頂點；

M外涵噴管外側直線段O₁M和MA₁的交點；

N外涵噴管內側直線段O₂N和NB₁的交點；

A₁外涵噴管外側外形的最高點；

B₁外涵噴管內側外形的最高點；

E內涵噴管后錐體后端面的頂點坐標，其中縱坐標預先賦值；

I內涵噴管后錐體后端面的圓心坐標，其中縱坐標預先賦值，橫 坐標數值由計算得出；

α₁為O₁M段和水平直線的夾角，預先賦值，夾角為銳角；

α₂為MA₁段和水平直線的夾角，預先賦值，夾角為銳角；

α₃為AA₁段和水平直線的夾角，即外涵噴管外測出口傾角，預先 賦值，夾角為銳角；

β₁為O₂N段和水平直線的夾角，夾角為銳角，預先賦值；

β₂為NB₁段和水平直線的夾角，夾角為銳角，預先賦值；

β₃為B₁C段和水平直線的夾角，即外涵噴管后錐體傾角，夾角為 銳角，預先賦值；

γ₁為O₄Q段和水平直線的夾角，夾角為銳角，預先賦值；

γ₂為QG段和水平直線的夾角，夾角為銳角，預先賦值；

γ₃為GE段和水平直線的夾角，即內涵噴管后錐體傾角，夾角 為銳角，預先賦值；

R₁為O₁M段和MA₁段倒圓弧的半徑，預先賦值，單位為mm；

R₂為MA₁段和AA₁段倒圓弧的半徑，預先賦值，單位為mm；

R₃為O₂N段和NB₁段倒圓弧的半徑，預先賦值，單位為mm；

R₄為NB₁段和B₁C段倒圓弧的半徑，預先賦值，單位為mm；

R₅為O₃D段和CD段倒圓弧的半徑，預先賦值，單位為mm；

R₆為O₄Q段和QG段倒圓弧的半徑，預先賦值，單位為mm；

R₇為QG段和GE段倒圓弧的半徑，預先賦值，單位為mm；

L₁外涵噴管出口A與波峰A₁的水平距離，或B點到B₁點的水平 距離，單位為mm，預先賦值；

L₂內錐末端截面的半徑，即EI的長度，預先賦值，單位為mm；

用于按照噴管外形的幾何關系求解其它參數并建立數學模型的 步驟二，所述求解方式如下：

以發動機的中心線為橫軸，以O₁、O₂連線與發動機中心線交點為 原點，建立直角坐標系；

首先由A點的坐標，利用外涵噴管的喉部面積，確定出B點的 坐標；X_A的大小和短艙的長度有直接的關系，Y_A的大小能影響到短 艙的飛行阻力；Y_A的大小在Y_O1上下；

X_B＝X_A……………………………………（1）

YB=YA2-A18π······(2)]]>

再利用L₁、α₃、β₃，確定出A₁、B₁的坐標；為使外涵噴管出口流 場均勻，α₃需要設計成和β₃相等；

X_B1＝X_B-L₁…………………………………（3）

Y_B1＝Y_B+L₁·tan(β₃)……………………………（4）

X_A1＝X_A-L₁…………………………………（5）

Y_A1=Y_A+L₁·tan(α₃)……………………………（6）

由B點的坐標、O₃點的坐標、β₃可以確定出D點的坐標：

XD=XB-YO3-YBtan(β3)······(7)]]>

Y_D＝Y_O3………………………………………（8）

由D點的坐標和內涵噴管的喉部面積，就可以確定出G點的坐 標：

X_G=X_D……………………………………（9）

YG=YD2-A8π······(10)]]>

由G點的坐標、γ₃、L₂，就可以確定E、I兩點的坐標：

XE=XG+YG-L2tan(γ3)······(11)]]>

Y_E=L₂……………………（12）

X_I=X_E………………………（13）

Y_I＝0………………………（14）

內涵噴管為收斂—擴散噴管，DG段為喉部，內涵噴管的面積比 A₉/A₈由設計點狀態的落壓比確定，不超過1.07，記為AR；

內涵噴管的出口位置C、H兩點坐標現可以由內涵噴管的面積比 A₉/A₈即AR確定；解下面的一元二次方程：

(XC-XD)2(tan2(β3)-tan2(γ3))+(2·YD·tan(β3)]]>

-2·YG·tan(γ3))·(XC-XD)-(AR-1)·A8π=0······(15)]]>

方程式中只有一個未知量X_C，可以解上述一元二次方程求解出 X_C-X_D的值，進而求出X_C的值；

M、N、Q的坐標由下面的表達式確定：

XM=YO1-YA1-tan(α1)·XO1+tan(α2)·XA1tan(α2)-tan(α1)······(16)]]>

Y_M＝Y_O1+tan(α₂)·(X_M-X_O1)…………………………（17）

XN=YO2-YB1-tan(β1)·XO2+tan(β2)·XB1tan(β2)-tan(β1)······(18)]]>

Y_N＝Y_O2+tan(β₂)·(X_N-X_O2)……………………（19）

XQ=YO4-YG-tan(γ1)·XO4+tan(γ2)·XGtan(γ2)-tan(γ1)······(20)]]>

Y_Q=T_O4+tan(γ₂)·(X_G-X_O4)………………………………（21）

噴管的總長度L定義為外涵噴管的進口和內涵噴管末端之間的 距離，L和A點坐標、β₃、γ₃的關系如下：

L=XA+YA2-A18π-YO3tanβ3+YO32-A8π-YEtanγ3······(22)]]>

用于生成由步驟一、二參數控制的噴管外形的步驟三；

用于檢驗氣動外形是否達到了要求的氣動性能的步驟四——如 是，則結束設計流程；如否，則返回步驟一重新開始流程。