[发明专利]一种RAT用叶片设计方法

说明书

本发明属于冲压空气涡轮系统技术，具体涉及一种RAT用叶片设计方法。所述方法设计参数包括二维翼型、翼型弦长、叶片展长和叶片扭转角，所述的方法包括如下步骤：根据飞机应急功率需求在已有翼型数据中选择并采用CFD仿真获取翼型气动性能数据，获取基础翼型；根据叶素‑动量理论计算得到翼型弦长和叶片扭转角，并采用遗传算法进行优化；根据以下公式计算叶片展长其中C_P为涡轮功率提取系数，ρ为空气密度，v为来流速度，W为需求功率。本发明提出了叶素‑动量理论、CFD仿真、遗传算法相结合的RAT叶片循环迭代优化设计方法，利用实际使用数据形成的计算公式快速评估设计出的RAT叶片性能，提高了RAT叶片设计计算速度。

技术领域

本发明属于冲压空气涡轮系统技术，具体涉及一种RAT用叶片设计方法。

背景技术

冲压空气涡轮系统主要作为飞机的应急动力系统，为飞机提供应急液压能或(和)应急电能，从而保证飞机在失去主动力的情况下仍然可以维持正常飞行姿态的操纵性。目前，国内自主研制的冲压空气涡轮叶片多为根据已有叶片修改所得，传统RAT叶片设计方法流程单向，各设计参数之间关系不明确，使得设计过程繁琐反复，设计周期长，设计出的叶片功率提取效率低。

随着先进飞机对RAT系统功重比要求的提高，提高RAT叶片功率提取效率是未来RAT系统发展中的重要研究领域。

发明内容

本发明解决的技术问题为：提出一种RAT用叶片设计方法，以能更好的满足未来先进飞机对高功重比RAT系统的需求。

本发明的技术方案为：一种RAT用叶片设计方法，其特征为：所述方法设计参数包括二维翼型、翼型弦长、叶片展长和叶片扭转角，所述的方法包括如下步骤：

根据飞机应急功率需求在已有翼型数据中选择并采用CFD仿真获取翼型气动性能数据，获取基础翼型；

根据叶素-动量理论计算得到翼型弦长和叶片扭转角，并采用遗传算法进行优化；

根据以下公式计算叶片展长D:

其中C_P为涡轮功率提取系数，ρ为空气密度，v为来流速度，W为需求功率。

优选地，通过CFD仿真获取翼型在-5°～80°迎角范围内的气动性能数据，选取基础翼型。

优选地，涡轮功率提取系数C_P取0.18～0.21。

优选地，根据以下方法计算翼型弦长和叶片扭转角：

步骤1，将叶片沿展向分成10～30个截面，根据Wilson方法得到各截面翼型弦长和叶片扭转角的初始值；

步骤2，采用动量-叶素理论计算各截面气动数据；

步骤3，将所有截面气动数据进行积分加和，得到整个叶片在不同尖速比下的功率提取效率；

步骤4，将翼型弦长和叶片扭转角设为优化变量，生成计算种群；

步骤5，对每个变量组合分别进行快速气动性能评估，重复步骤1～3；

步骤6，根据输入条件对所有叶片数据采用遗传算法进行结果分析优化；

步骤7，判断优化结果是否符合需求，若不符合，重新设置优化变量，迭代求解，直至得到最优叶片方案。