[发明专利]一种考虑安装性能的发动机喷管喉道面积调节设计方法

摘要

一种考虑安装性能的发动机喷管喉道面积调节设计方法，根据飞行高度、马赫数以及发动机状态，由原有考虑非安装性能的发动机主调节计划，确定此时发动机所需喷管喉道面积，以此面积的70％作为最小面积，130％作为最大值，等分为一系列喷管喉道面积；由发动机主调节计划、发动机限制值及系列喷管喉道面积，通过流场计算软件计算各喉道面积下喷管流场，处理计算发动机喷管非安装推力及后体阻力，选取有效的非安装推力与后体阻力之和的最大值，此最大值对应的喷管喉道面积为此状态的最优喷管喉道面积。本发明的优点：在不改变发动机喷管结构、保证发动机稳定裕度的前提下，仅需修改发动机喷管喉道面积调节计划，能有效提高发动机安装推力。

主权项

一种考虑安装性能的发动机喷管喉道面积调节计算设计方法，其特征在于：所述的考虑安装性能的发动机喷管喉道面积调节设计方法如下：根据飞行高度、马赫数以及发动机状态，由原有考虑非安装性能的发动机主调节计划，确定此时发动机所需喷管喉道面积，以此面积的70％作为最小面积，以此面积的130％作为最大值，等分为一系列喷管喉道面积，分为10等份；由发动机主调节计划、发动机限制值及系列喷管喉道面积，使用发动机零维计算软件分别计算对应的发动机截面参数、可调节截面尺寸、发动机稳定性裕度；由发动机稳定裕度需求等条件判断此喉道面积对应的稳定裕度等参数是否满足要求，如不满足要求，则此喉道面积对应的非安装推力与后体阻力判断为无效，不需开展喷管流场计算；如满足要求，则根据发动机喷管结构尺寸、喷管喉道、出口面积建立喷管内外流场数值计算的三维或二维模型，由流场计算软件开展喷管内外流场计算，其中计算边界条件由发动机截面参数中对应喷管进口处参数及飞行环境参数确定；通过流场计算软件处理计算发动机喷管非安装推力及后体阻力，选取非安装推力与后体阻力之和的最大值，此最大值对应的喷管喉道面积为此状态的最优喷管喉道面积；使用相同的方法选取其他各状态的喷管最优喉道面积，拟合成与飞行高度、马赫数有关的发动机中间状态喷管喉道面积调节计划A8=f(H,Ma)；发动机喷管喉道面积A8改变时，为保证喷管内气流充分膨胀，发 动机喷管出口面积A9需跟随发生改变，同时通过联动杆（3）使外调节片（4）绕E点转动，外调节片（4）转动影响外调节片（4）、过渡片（5）、飞机后体及机尾罩（6）外表面静压分布，导致飞行后体阻力发生改变；同时，喷管喉道面积A8的改变也能影响发动机喷流，喷流对各表面阻力同样产生影响；由上可知，喷管喉道A8面积对后体阻力有重要影响，为优化发动机安装性能，本方法在充分保证发动机稳定裕度的前提下，以喷管出口参数计算的发动机非安装推力与外调节片（4）、过渡片（5）、飞机后体及机尾罩（6）表面静压计算的后体阻力之和作为优化喷管喉道面积的目标，分别计算各高度、马赫数下发动机喷管喉道面积不同时发动机非安装推力与后体阻力；进行非安装推力和后体阻力计算时，以Matlab软件为集成平台，发动机总体性能以零维程序Turbotrans、喷管内外流场计算以gambit、fluent为计算工具；Turbotrans程序生成可执行文件（*.exe），通过批处理文件（*.bat）被Matlab调用；Matlab通过读取Turbotrans的计算结果，在喷管结构尺寸的基础上产生可供CFD软件使用的命令流（操作日志文件（*.jou）），用于计算几何模型的建立、网格的生成、计算湍流模型选取、边界条件设置等工作；CFD软件由Matlab通过批处理（*.bat）命令方式启动、导入操作日志后开展流场计算；流场计算收敛后，通过流场计算软件，积分喷管出口气动参数：速度、质量流量、静压，计算发动机非安装推力，同时积分外调节片4、过渡片5、飞机后体及机尾罩6上表面静压，计算后体阻力；在满足发动机稳定性等要求的前提下，选择非安装推力与后体阻力之和最大值 对应该的喷管喉道面积作为此状态的最优喷管喉道面积；以相同方法优化其它飞行状态的发动机喷管喉道面积，以此系列最优喷管喉道面积及飞行高度、马赫数拟合成发动机中间状态喷管喉道面积调节计划A8=f(H,Ma)。