[发明专利]一种外内涵压比优化设计方法及系统

说明书

本申请属于航空发动机控制技术领域，具体涉及一种外内涵压比优化设计方法及系统。所述方法包括：获取加力隔热屏总压恢复系数，中间状态加力燃烧室总压恢复系数，加力状态加力燃烧室总压恢复系数；确定所述加力状态加力燃烧室总压恢复系数与所述加力隔热屏总压恢复系数的第一比值，确定所述中间状态加力燃烧室总压恢复系数与所述加力隔热屏总压恢复系数的第二比值；以所述外内涵压比设计参数位于所述第一比值与所述第二比值之间为限制条件，对发动机外内涵压比进行优化设计。本申请能够保证发动机中间状态工作时大幅降低掺混损失，提高发动机性能；加力状态工作时有效形成冷却气膜，保证二元喷管工作安全。

技术领域

本申请属于航空发动机控制领域，特别涉及一种外内涵压比优化设计方法及系统。

背景技术

隐身性能是新一代作战飞机必备的典型特征和技术指标，作为发动机后向可见的主要部件，排气系统的隐身性能对发动机乃至飞机后机身隐身至关重要，而二元喷管的结构特点可以较好的实现雷达隐身及红外隐身。二元喷管便于开展隐身设计，且易于和飞机后机身进行一体化融合设计，目前已在国外某型战斗机上成功应用。

考虑到与轴对称喷管设计差异，二元喷管需要大量发动机外涵气进行冷却，在进行整机匹配时，需重新设计发动机主机的外内涵压比，保证在加力状态条件下二元喷管不被烧蚀。目前现有技术方案仅考虑了发动机加力条件下二元喷管不被烧蚀的设计约束条件，忽略了发动机在中间状态工作时，喷管内燃气温度小于喷管壁面材料所允许的长期使用温度而不需进行冷却的情况，导致发动机在全转速范围内工作时二元喷管隔热屏均有冷却气流入主流道进行掺混，造成气动损失，降低了发动机整机性能。

目前二元喷管与整机的匹配设计仍处于研究验证阶段，在发动机外内涵压比设计时仅考虑加力状态条件下需满足的约束条件，忽略了发动机中间状态不需冷却的情况，使发动机在中间状态工作时仍使二元喷管冷却气掺混进主流道，造成气动损失，缺点如下：

a)发动机推力下降，配装二元喷管后某些推力指标值难以满足设计要求；

b)发动机耗油率提高，降低飞机飞行航程；

c)发动机性能下降后，某些性能指标需通过提高发动机转速实现，降低发动机寿命及结构可靠性。

发明内容

本申请针对配装二元喷管的航空涡扇发动机，中间状态不需冷却的情况，提出一种基于发动机中间状态及加力状态两种约束条件下的发动机外内涵压比设计方法及系统，以提高飞机飞行性能。

本申请第一方面提供了一种外内涵压比优化设计方法，主要包括：

步骤S1、获取加力隔热屏总压恢复系数σ₁，中间状态加力燃烧室总压恢复系数σ_2中间，加力状态加力燃烧室总压恢复系数σ_2加力；其中，所述中间状态是指飞机飞行过程中未进行加力时的发动机状态；

步骤S2、确定所述加力状态加力燃烧室总压恢复系数与所述加力隔热屏总压恢复系数的第一比值，确定所述中间状态加力燃烧室总压恢复系数与所述加力隔热屏总压恢复系数的第二比值；

步骤S3、获取加力隔热屏进口压力P₁₆及加力燃烧室进口压力P₆，并将两者比值作为外内涵压比设计参数；

步骤S4、以所述外内涵压比设计参数位于所述第一比值与所述第二比值之间为限制条件，对发动机外内涵压比进行优化设计。

优选的是，步骤S1中，通过试验方法确定加力隔热屏总压恢复系数、中间状态加力燃烧室总压恢复系数及加力状态加力燃烧室总压恢复系数。

优选的是，步骤S1中，通过理论计算方法确定加力隔热屏总压恢复系数、中间状态加力燃烧室总压恢复系数及加力状态加力燃烧室总压恢复系数。

优选的是，步骤S4进一步包括：