[發(fā)明專利]一種波瓣混合器的參數(shù)化設(shè)計方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710675738.1
• 申請日: 2017-08-09
• 公開（公告）號: CN107491601B
• 公開（公告）日: 2020-07-10
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 柴猛;雷志軍;張燕峰;盧新根;朱俊強(qiáng);徐綱
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院工程熱物理研究所
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F30/17
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發(fā)明涉及航空燃?xì)鉁u輪風(fēng)扇發(fā)動機(jī)混合排氣系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種波瓣混合器的參數(shù)化設(shè)計方法，特別適用于新型波瓣混合器的參數(shù)化設(shè)計以及參數(shù)最優(yōu)化。本發(fā)明專利旨在解決抗預(yù)旋波瓣混合器設(shè)計難度大的問題，通過在設(shè)計過程中使用參數(shù)定義波瓣混合器幾何形狀，達(dá)到參數(shù)化設(shè)計的目的。本發(fā)明專利包括基礎(chǔ)波瓣混合器的參數(shù)化設(shè)計、基礎(chǔ)的波瓣混合器參數(shù)化表示、目標(biāo)波瓣混合器二維設(shè)計、目標(biāo)波瓣混合器三維設(shè)計、目標(biāo)波瓣混合器新型參數(shù)化尾緣修形等步驟。本發(fā)明專利涉及的曲線均可使用直線、拋物線、多項式曲線、Bezier曲線、樣條曲線、Nurbs曲線。本發(fā)明具有設(shè)計簡單有效、控制參數(shù)少、曲面光滑等諸多優(yōu)勢。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及航空燃?xì)鉁u輪風(fēng)扇發(fā)動機(jī)混合排氣系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及航空發(fā)動機(jī)低壓渦輪出口與混合排氣系統(tǒng)匹配技術(shù)、超緊湊高混合效率高性能航空發(fā)動機(jī)排氣系統(tǒng)氣動布局，特別是波瓣混合器的參數(shù)化設(shè)計。

背景技術(shù)

航空燃?xì)鉁u輪風(fēng)扇發(fā)動機(jī)排氣系統(tǒng)分為分開排氣和混合排氣兩種形式。對于民用大涵道比渦輪風(fēng)扇發(fā)動機(jī)，其排氣系統(tǒng)多采用分開排氣形式，而對于中小涵道比燃?xì)鉁u輪風(fēng)扇發(fā)動機(jī)，其排氣系統(tǒng)多采用混合排氣系統(tǒng)。

早期的混合排氣系統(tǒng)多采用環(huán)形排氣混合管，如F100‐PW‐129就采用了簡單的環(huán)形混合排氣型式，這種混合排氣布局結(jié)構(gòu)簡單，但其摻混效率低、摻混長度長，影響發(fā)動機(jī)的總體性能。并且由于摻混不均勻?qū)е律淞魉俣纫廊黄蟆⑸淞鳒囟纫廊黄摺Ａ硗庥捎谏淞鲹交觳痪鶆颍瑯O大的影響了加力燃燒的穩(wěn)定性，增加了加力燃燒室的設(shè)計難度。

波瓣式混合排氣系統(tǒng)具有摻混效率高、顯著提高輸出推力、降低耗油率、抑制紅外輻射、減小射流噪聲以及提升加力燃燒室的工作穩(wěn)定性特點，廣泛應(yīng)用于中小涵道比燃?xì)鉁u輪風(fēng)扇發(fā)動機(jī)。國外幾個最新型號發(fā)動機(jī)，如加普惠公司的PW600/PW800系列發(fā)動機(jī)、GE公司的F404‐GE‐F102/F110‐GE‐129發(fā)動機(jī)、霍尼韋爾公司的HTF7000發(fā)動機(jī)及CFM公司的CFM56‐5C發(fā)動機(jī)都采用的是波瓣混合排氣系統(tǒng)。然而波瓣混合器幾何結(jié)構(gòu)復(fù)雜，導(dǎo)致其設(shè)計難度偏大，且其參數(shù)影響規(guī)律暫時未完全明確。除此之外，由于低壓渦輪級負(fù)荷的提高，低壓渦輪出口氣流存在周向氣流角度，常規(guī)波瓣混合器自身具有一定的抗預(yù)旋能力，但對上游預(yù)旋的適應(yīng)空間十分有限，超過10°的低壓渦輪出口氣流角就會導(dǎo)致波瓣表面出現(xiàn)流動分離，中心錐下游出現(xiàn)回流區(qū)，極大地增加了總壓損失和推力損失，進(jìn)而也增加了波瓣混合器與低壓渦輪匹配設(shè)計的難度，尤其是與高負(fù)荷低壓渦輪的匹配。

為解決常規(guī)波瓣混合器存在的問題，學(xué)者們構(gòu)思了一種新型的抗預(yù)旋波瓣混合器，可一定程度上解決上游預(yù)旋帶來的負(fù)面影響。但由于抗預(yù)旋波瓣混合器結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜，導(dǎo)致其設(shè)計以及優(yōu)化難度極大，導(dǎo)致對其研究工作難以展開，以致該新型抗預(yù)旋波瓣混合器與上游低壓渦輪出口氣流的匹配規(guī)律尚不清楚，與下游的摻混噴管的作用形式也尚未明確。因此，亟需要探索一種新型抗預(yù)旋波瓣混合器的參數(shù)化設(shè)計方法，以滿足實際工程需要以及科學(xué)研究工作使用。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明旨在提供一種新型抗預(yù)旋的波瓣混合器的參數(shù)化設(shè)計方法，該方法具有設(shè)計簡單有效、波瓣結(jié)構(gòu)形狀可參數(shù)化控制且控制參數(shù)少、波瓣形狀曲面具有光順流向型、波瓣混合器設(shè)計優(yōu)化流程簡明等諸多優(yōu)勢。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)解決方案是：

一種波瓣混合器的設(shè)計方法，所述波瓣混合器設(shè)置在航空燃?xì)鉁u輪風(fēng)扇發(fā)動機(jī)排氣系統(tǒng)內(nèi)外涵流體開始接觸混合的位置，包括沿周向均勻分布的多個波瓣，各所述波瓣由若干個二維異形葉型在徑向高度上三維積疊而成，其特征在于，所述設(shè)計方法至少包括以下步驟：

SS1.基礎(chǔ)波瓣混合器的參數(shù)化表示

首先，選取若干可對波瓣混合器的內(nèi)涵曲面或外涵曲面的造型進(jìn)行參數(shù)化表示的幾何造型參數(shù)，所述幾何造型參數(shù)包括波瓣混合器造型過程中使用的輔助幾何參數(shù)以及造型完成后所生成的波瓣混合器幾何參數(shù)；