[發明專利]一種扇環轉矩形隔離段設計方法

有效

• 申請號: 201911252712.1
• 申請日: 2019-12-09
• 公開（公告）號: CN110889180B
• 公開（公告）日: 2023-09-15
• 發明（設計）人: 高雄;朱守梅;滿延進;李斌;郭昆;關祥東
• 申請（專利權）人: 北京動力機械研究所
• 主分類號: G06F30/17
• 分類號: G06F30/17;G06F30/15
• 代理公司: 北京理工大學專利中心 11120
• 代理人: 田亞琪;劉芳

本發明公開了一種扇環轉矩形隔離段設計方法，隔離段入口截面為扇環，出口截面為矩形；從扇環過渡到矩形的過程中采用沿程法向截面幾何相似原則，通過控制扇環中心到矩形中心沿程引導曲線AB，扇環中心線弧長Lc，扇環厚度h，沿程法向面積S和扇環扇角α的漸變過渡，保證了反壓狀態下的隔離段流場穩定性，本發明能夠實現隔離段由扇環轉矩形的幾何型面平滑過渡，并且具備優良氣動性能。

技術領域

本發明屬于吸氣式飛行器發動機技術領域，具體涉及一種扇環轉矩形隔離段設計方法。

背景技術

雙模態沖壓發動機組成部分包括：前體/進氣道、隔離段、燃燒室、尾噴管/后體。隔離段位于進氣道和燃燒室之間，通常是一段等截面或略微擴張的圓管或者矩形管道。雖然隔離段幾何構型比較簡單，但是它內部的流動現象卻很復雜。發動機亞燃模態下，隔離段起到將超聲速氣流滯止為亞聲速，滿足下游燃燒室燃燒所需流動條件的作用，通過激波串匹配下游燃燒室高反壓，防止下游燃燒室反壓的變化影響上游進氣道的流態，避免進氣道不起動。作為飛行器的一個重要部件隔離段的性能直接影響沖壓發動機的整體性能以及各部件的穩定性，所以對隔離段的研究有重要的工程意義。

從另一方面來看，沖壓發動機流道為管道構型，占據很大一部分飛行器內部空間。為了便于飛行器內部設備安裝，需要匹配發動機燃燒室和尾噴管構型及布局位置。進氣道喉道截面形狀及位置由進氣道形式、幾何尺寸及布局位置確定，這些都需要與飛行器氣動外形開展一體化設計。隔離段作為連接進氣道喉道和燃燒室入口的部件，要求其能夠光順連接上下游截面，并且具備優良氣動性能。隔離段既要實現進氣道與燃燒室幾何型面過渡，又要實現性能匹配。

通常隔離段截面為矩形或圓形，關于進氣道喉道截面形狀為扇環形、燃燒室入口形狀為矩形，即隔離段為扇環轉矩形的異形隔離段涉及較少。

發明內容

有鑒于此，本發明提供了一種扇環轉矩形隔離段設計方法，能夠實現隔離段由扇環轉矩形的幾何型面平滑過渡，并且具備優良氣動性能。

實現本發明的技術方案如下：

一種扇環轉矩形隔離段設計方法，隔離段入口截面為扇環，出口截面為矩形；從扇環過渡到矩形的過程中采用沿程法向截面幾何相似原則，通過控制扇環中心到矩形中心沿程引導曲線AB，扇環中心線弧長Lc，扇環厚度h，沿程法向面積S和扇環扇角α的漸變過渡，保證了反壓狀態下的隔離段流場穩定性。

進一步地，所述設計方法具體為：

步驟一、將隔離段沿程截面均采用扇環參數描述，隔離段出口矩形截面認為是內外環半徑趨于無窮大的扇環，扇環內環和外環半徑算術平均值為扇環中心線半徑y₀，扇環扇角為α，扇環外環與內環半徑之差為扇環厚度h，扇環中心線弧長為Lc，扇環面積為S；

步驟二、確定隔離段沿程引導曲線AB分布，其中隔離段進口截面中心點為A，隔離段出口截面中心點為B；A的方向為隔離段進口截面法向，B方向為隔離段出口截面法向；引導曲線AB采用6階bezier樣條曲線確定，其中beizer樣條曲線前三個點控制起點方向，后三個點控制終點方向，中間點控制引導曲線形狀；

步驟三、隔離段沿程扇環面積擴張比ER采用6階bezier樣條曲線確定，其中beizer樣條曲線前三個點控制起點面積變化趨勢，后三個點控制終點面積變化趨勢，中間點控制沿程面積分布形狀；

步驟四、隔離段沿程扇環中心線弧長Lc采用6階bezier樣條曲線確定，其中beizer樣條曲線前三個點控制起點弧長變化趨勢，后三個點控制終點弧長變化趨勢，中間點控制弧長沿程分布形狀；

步驟五、隔離段沿程扇環扇角α最大取值為隔離段進口截面扇環扇角，沿程扇角從α漸變到0°，扇角α采用6階bezier樣條曲線確定，其中beizer樣條曲線前三個點控制起點扇角變化趨勢，后三個點控制終點扇角變化趨勢，中間點控制扇角沿程分布形狀；