[发明专利]一种大涵道比发动机分开式喷管设计方法

摘要

一种大涵道比发动机分开式喷管设计方法，适用于大涵道比发动机分开式喷管中内涵喷管和外涵喷管的设计；采用参数化设计，以光滑连续的曲线构建喷管壁面，应用合理的收敛段沿程面积变化规律确定喷管沿程面积变化，具体流程为：用于定义喷管气动设计初始参数并赋值的步骤一；用于求解喷管中位面型线的步骤二；用于求解喷管沿程面积变化规律的步骤三；用于求解喷管内、外壁面型线的步骤四；用于计算喷管气动性能的步骤五；设计时在流通截面上按收敛形式。本发明的优点：可以快速的设计出一种大涵道比发动机喷管流路方案并根据实际情况调整喷管的走向，应用此设计方法可显著降低设计周期。

主权项

1.一种大涵道比发动机分开式喷管设计方法，其特征在于：大涵道比发动机分开式喷管设计方法适用于大涵道比发动机分开式喷管中内涵喷管和外涵喷管的设计；采用参数化设计，以光滑连续的曲线构建喷管壁面，应用合理的收敛段沿程面积变化规律确定喷管沿程面积变化，具体流程为：用于定义喷管气动设计初始参数并赋值的步骤一；用于求解喷管中位面型线的步骤二；用于求解喷管沿程面积变化规律的步骤三；用于求解喷管内、外壁面型线的步骤四；用于计算喷管气动性能的步骤五；设计时在流通截面上按收敛形式；步骤一中的初始参数包括喷管进口内径、中位面型线进口半径、喷管进口外径、中位面型线进口角度、喷管出口内径、中位面型线出口半径、喷管出口外径、中位面型线出口角度、喷管长度、喷管沿程面积变化规律；所述的步骤二、步骤三、步骤四及步骤五为用计算机程序生成喷管的中位面型线及喷管外形，其中计算程序可采用MATLAB、VB、C语言编制；程序输出的喷管型面文件可采用通用的或商用的流体计算软件读取，并根据输入参数计算其气动性能；喷管中位面型线采用光滑、连续的多项式曲线或B样条曲线，收敛段面积变化规律从Batchelor‑Shaw曲线、Pennylvania曲线、维辛斯基曲线、五次曲线、双三次曲线中进行选择；对大涵道比发动机分开式喷管按照如下步骤进行气动设计，具体步骤为：定义喷管气动设计初始参数的步骤一，包括喷管进口内径R_in_1、中位面型线进口半径R_in_m、喷管进口外径R_in_2、中位面型线进口角度α、喷管出口内径R_out_1、中位面型线出口半径R_out_m、喷管出口外径R_out_2、中位面型线出口角度β、喷管长度L、喷管沿程面积变化规律S_d；根据初始参数求解喷管中位面型线的方程或函数的步骤二；五次多项式曲线的喷管中位面型线求解过程；五次多项式曲线控制方程为：y＝a0+a1x+a2x2+a3x3+a4x4+a5x5；其一阶导数为：y'＝a1+2a2x+3a3x2+4a4x3+5a5x4；其二阶导数为：y”＝2a2+6a3x+12a4x2+20a5x3；设定五次多项式曲线的起始点坐标、一阶导数和二阶导数分别为(x1,y1)、y1’、y1”，终止点坐标、一阶导数和二阶导数分别为(x2,y2)、y2’、y2”，根据线性方程组(1)求出a0、a1、a2、a3、a4、a5；将a0、a1、a2、a3、a4、a5代入方程中即可得到五次多项式曲线控制方程；喷管中位面型线进口点坐标为(0,R_in_m)，喷管中位面型线进口点处一阶导数值R_in_m’＝tanα，喷管中位面型线进口点处二阶导数为0；喷管中位面型线出口点坐标为(L,R_out_m)，喷管中位面型线出口点处一阶导数值R_out_m’＝tanβ，喷管中位面型线出口点处二阶导数为0；将各初始参数代入线性方程(1)可求得五次多项式喷管中位面型线的控制方程；根据初始参数求解喷管沿程面积变化规律的步骤三；根据喷管中位面型线和沿程变化规律求解喷管内外壁面的步骤四；应用专用计算软件或商用计算软件计算喷管气动性能的步骤五。