[发明专利]风洞模拟实验中涡轮动力模拟器短舱唇口及其设计方法

说明书

技术领域

本发明涉及高速风洞带动力模拟实验领域，本发明公开了风洞模拟实验中涡轮动力模拟器短舱唇口及其设计方法。 

背景技术

国内外大量研究表明将飞机推进系统与气动外形作为一个整体进行优化将使飞机性能显著提高，这项工作被称为推进/机体一体化研究（propulsion/airframe integration,PAI），尤其是发动机和机翼的一体化研究对提高飞机性能，提高飞机的经济性和环保性意义重大。目前的大型飞机绝大部分均采用大涵道比或超大涵道比涡扇发动机，并采用翼吊形式安装在机翼前下方的发动机短舱内，如图1所示的大型飞机示意图。这类发动机尺寸相对较大，会给机翼带来强烈干扰气流，而大型飞机普遍采用的超临界机翼对干扰气流十分敏感，严重影响飞机整机的气动性能，如图2所示的发动机与机翼相互干扰示意图。因此需要精确预测和评估的动力系统与机身干扰影响，尤其是发动机同机翼之间的干扰影响。 

参考文献 

王斌等.大飞机机翼气动设计技术.航空制造技术.2010/24。 

J.W.Kooi,L.de Haij,G.H.Hegen.Engine Simulation with Turbofan Propulsion Simulators in the German-Dutch Wind Tunnels.AIAA-2002-2919,22nd AIAA Aerodynamics Measurement Technology and Ground Testing Conference,St.Louis MO,USA,2002。 

S.P.Spekreijse,J.C.Kok.Semi-Automatic Doma in Decomposition Based  on Potential Theory.Presented at the 7th International Conference on Numerical Grid Generation in Computational Field Simulations,ed.B.K.Soni e.a.,Whistler,Canada,2000.Also issued as NLR-TP-2000-366。 

为了精确预测和评估动力系统与机身之间的相互干扰，通常采用风洞试验来模拟。这种风洞试验主要包括两大类，一类是采用不通气的发动机模型，另一类则采用通气的发动机模型，很显然后者更接近飞机飞行时的真实情况，能够模拟得更加准确，称之为发动机进排气模拟试验。该类试验是一个比较复杂的特种风洞试验项目，技术难度大，需用设备多，由于涡轮动力模拟器设备（Turbofan Propulsion Simulators，简称TPS系统）是用于该项风洞试验的最主要设备，因此发动机的进排气模拟试验也称之为TPS特种试验。目前，在世界许多主要高速风洞中，TPS试验已作为例行的服务项目在使用。TPS系统在TPS试验中的重要性在于它能最好地模拟发动机的内外流动，可以较为准确的模拟翼身与发动机之间的相互干扰，评估涡轮风扇发动机的气动性能。因此在高速风洞试验中，TPS系统为发动机安装位置的优化设计提供最直接的风洞数据，对于飞机设计发挥了重要作用。 

然而，在真实情况下涡扇发动机内外涵道气流都是来自于发动机进气道，但是TPS系统通过缩比的发动机外形加驱动风扇的形式模拟真实发动机的流动情况，TPS风扇是通过机翼内部管道引入的压缩空气进行驱动，即发动机内涵道气流通常是由TPS管道引入而非从进气道引入，与真实发动机流量相比较相当于缺少了流入核心机的内涵道气流量（参考文件J.W.Kooi,L.de Haij,G.H.Hegen.Engine Simulation with Turbofan Propulsion Simulators in the German-Dutch Wind Tunnels.AIAA-2002-2919,22nd AIAA Aerodynamics Measurement Technology and Ground Testing Conference,St.Louis MO,USA, 2002.）。因此试验时进气道处的气流流量较与真实情况小，这就产生了TPS试验的系统误差。例如，产生短舱外表面压力分布的差异，尤其是在发动机进气道唇口处的有很明显的压力畸变，从而降低TPS试验精度，影响发动机性能的评估。 

发明内容