專利名稱：一種基于安裝性能的發(fā)動機(jī)噴管出口面積調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及發(fā)動機(jī)噴管出口面積可主動調(diào)節(jié)的飛行器技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及了一種基于安裝性能的發(fā)動機(jī)噴管出口面積調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)方法。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有航空發(fā)動機(jī)噴管出口面積調(diào)節(jié)計(jì)劃設(shè)計(jì)時，僅考慮發(fā)動機(jī)非安裝性能，而現(xiàn)在先進(jìn)戰(zhàn)斗機(jī)要求在不開加力狀態(tài)下進(jìn)行長時間超聲速巡航，隨著巡航速度的增加，飛行阻力增大。分析飛行器產(chǎn)生阻力的主要部件為機(jī)翼、機(jī)身、尾翼、座艙蓋和起落架等，其中機(jī)身后體的阻力占全機(jī)阻力的38 50%。而噴管出口面積對飛行后體阻力影響較大，因此在進(jìn)行發(fā)動機(jī)噴管出口面積調(diào)節(jié)計(jì)劃設(shè)計(jì)時，僅考慮非安裝推力已限制了推進(jìn)系統(tǒng)安裝性能的發(fā)揮。因此，進(jìn)行噴管出口面積調(diào)節(jié)計(jì)劃設(shè)計(jì)時，應(yīng)考慮飛行后體阻力。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了解決發(fā)動機(jī)噴管出口面積調(diào)節(jié)計(jì)劃使發(fā)動機(jī)安裝性能偏離最優(yōu)的技術(shù)難題，特提供了一種基于安裝性能的發(fā)動機(jī)噴管出口面積調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)方法。本發(fā)明提供了一種基于安裝性能的發(fā)動機(jī)噴管出口面積調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)方法，其特征在于所述的基于安裝性能的發(fā)動機(jī)噴管出口面積調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)方法為根據(jù)發(fā)動機(jī)主調(diào)節(jié)計(jì)劃、限制值及飛行高度、馬赫數(shù)使用發(fā)動機(jī)零維計(jì)算軟件(如turbotrans等)計(jì)算發(fā)動機(jī)截面參數(shù)及可調(diào)節(jié)截面面積，由此時噴管喉道面積的101%作為最小值，以喉道面積的250%作為最大值，等分系列噴管出口面積，分為13份，根據(jù)發(fā)動機(jī)噴管結(jié)構(gòu)尺寸、喉道面積、噴管出口系列面積分別建立噴管內(nèi)外流場數(shù)值計(jì)算的三維或二維模型，由流場計(jì)算軟件(如fluent)開展噴管內(nèi)外流場計(jì)算,其中計(jì)算邊界條件由發(fā)動機(jī)截面參數(shù)中的噴管進(jìn)口處及飛行環(huán)境參數(shù)確定，通過流場計(jì)算軟件后處理計(jì)算發(fā)動機(jī)噴管非安裝推力以及后體阻力，選取非安裝推力與后體阻力之和的最大值，此最大值對應(yīng)的噴管出口面積為此狀態(tài)的最優(yōu)噴管出口面積，使用相同的方法選取其它各狀態(tài)的噴管最優(yōu)出口面積，擬合成與飛行高度、馬赫數(shù)，發(fā)動機(jī)狀態(tài)有關(guān)的發(fā)動機(jī)噴管出口面積調(diào)節(jié)計(jì)劃A9=f (H, Ma, η)；出口面積可主動調(diào)節(jié)的發(fā)動機(jī)噴管及飛機(jī)后體示意圖，發(fā)動機(jī)噴管出口面積Α9改變時，通過聯(lián)動桿3使外調(diào)節(jié)片4繞E點(diǎn)轉(zhuǎn)動，外調(diào)節(jié)片4轉(zhuǎn)動影響外調(diào)節(jié)片4、過渡片5、飛機(jī)后體及機(jī)尾罩6外表面靜壓分布，導(dǎo)致后體阻力發(fā)生改變；同時，噴管A9面積改變也能影響發(fā)動機(jī)噴流，噴流對各表面阻力同樣產(chǎn)生影響，由上可知，噴管出口 A9面積對后體阻力有重要影響，為優(yōu)化發(fā)動機(jī)安裝性能，本發(fā)明以噴管出口參數(shù)計(jì)算的發(fā)動機(jī)非安裝推力與外調(diào)節(jié)片4、過渡片5、飛機(jī)后體及機(jī)尾罩6表面靜壓計(jì)算的后體阻力之和作為優(yōu)化噴管出口面積的目標(biāo)，分別計(jì)算各高度、馬赫數(shù)下發(fā)動機(jī)噴管出口面積不同時發(fā)動機(jī)非安裝推力與后體阻力；進(jìn)行非安裝推力和后阻力計(jì)算時，以Matlab軟件為集成平臺，發(fā)動機(jī)總體性能以零維程序Turbotrans、噴管內(nèi)外流場計(jì)算以gambit、fluent為計(jì)算工具；Turbotrans程序生成可執(zhí)行文件(*. exe),通過批處理文件(*. bat)被Matlab調(diào)用，Matlab可通過讀取Turbotrans的計(jì)算結(jié)果,在噴管結(jié)構(gòu)尺寸、噴管出口面積的基礎(chǔ)上產(chǎn)生可供CFD軟件使用的命令流(操作日志文件(*.jou))，用于計(jì)算幾何模型的建立、網(wǎng)格的生成、計(jì)算湍流模型選取、邊界條件設(shè)置等工作，CFD軟件由Matlab通過批處理(*. bat)命令方式啟動、導(dǎo)入操作日志后開展流場計(jì)算，流場計(jì)算收斂后，通過流場計(jì)算軟件，積分噴管出口氣動參數(shù)速度、質(zhì)量流量、靜壓，計(jì)算發(fā)動機(jī)非安裝推力，同時積分外調(diào)節(jié)片4、過渡片5、飛機(jī)后體及機(jī)尾罩6上表面靜壓，計(jì)算后體阻力；選擇非安裝推力與后體阻力之和最大值對應(yīng)該的噴管出口面積作為此狀態(tài)的最優(yōu)噴管出口面積，以相同方法優(yōu)化最它飛行狀態(tài)的發(fā)動機(jī)噴管出口面積，以此系列最優(yōu)噴管出口面積及飛行高度、馬赫數(shù)、發(fā)動機(jī)狀態(tài)參數(shù)擬合成噴管出口面積調(diào)節(jié)計(jì)劃A9=f (H, Ma, η)。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn) 本發(fā)明所述的基于安裝性能的發(fā)動機(jī)噴管出口面積調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)方法，能夠?qū)崿F(xiàn)在不改變發(fā)動機(jī)噴管結(jié)構(gòu)、發(fā)動機(jī)工作狀態(tài)的前提下，有效提高發(fā)動機(jī)安裝推力。
下面結(jié)合附圖及實(shí)施方式對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明圖I為基于安裝性能的發(fā)動機(jī)噴管出口面積調(diào)節(jié)計(jì)劃設(shè)計(jì)流程圖；圖2為出口面積可主動調(diào)節(jié)的發(fā)動機(jī)噴管及飛機(jī)后體示意圖(軸對稱圖)。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例I本實(shí)施例提供了一種基于安裝性能的發(fā)動機(jī)噴管出口面積調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)方法，其特征在于所述的基于安裝性能的發(fā)動機(jī)噴管出口面積調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)方法為根據(jù)發(fā)動機(jī)主調(diào)節(jié)計(jì)劃、限制值及飛行高度、馬赫數(shù)使用發(fā)動機(jī)零維計(jì)算軟件(如turbotrans等)計(jì)算發(fā)動機(jī)截面參數(shù)及可調(diào)節(jié)截面面積，由此時噴管喉道面積的101%作為最小值，以喉道面積的250%作為最大值，等分系列噴管出口面積，分為13份，根據(jù)發(fā)動機(jī)噴管結(jié)構(gòu)尺寸、喉道面積、噴管出口系列面積分別建立噴管內(nèi)外流場數(shù)值計(jì)算的三維或二維模型，由流場計(jì)算軟件(如fluent)開展噴管內(nèi)外流場計(jì)算,其中計(jì)算邊界條件由發(fā)動機(jī)截面參數(shù)中的噴管進(jìn)口處及飛行環(huán)境參數(shù)確定，通過流場計(jì)算軟件后處理計(jì)算發(fā)動機(jī)噴管非安裝推力以及后體阻力，選取非安裝推力與后體阻力之和的最大值，此最大值對應(yīng)的噴管出口面積為此狀態(tài)的最優(yōu)噴管出口面積，使用相同的方法選取其它各狀態(tài)的噴管最優(yōu)出口面積，擬合成與飛行高度、馬赫數(shù)，發(fā)動機(jī)狀態(tài)有關(guān)的發(fā)動機(jī)噴管出口面積調(diào)節(jié)計(jì)劃A9=f (H, Ma, η)；出口面積可主動調(diào)節(jié)的發(fā)動機(jī)噴管及飛機(jī)后體示意圖，發(fā)動機(jī)噴管出口面積Α9改變時，通過聯(lián)動桿3使外調(diào)節(jié)片4繞E點(diǎn)轉(zhuǎn)動，外調(diào)節(jié)片4轉(zhuǎn)動影響外調(diào)節(jié)片4、過渡片5、飛機(jī)后體及機(jī)尾罩6外表面靜壓分布，導(dǎo)致后體阻力發(fā)生改變；同時，噴管A9面積改變也能影響發(fā)動機(jī)噴流，噴流對各表面阻力同樣產(chǎn)生影響，由上可知，噴管出口 A9面積對后體阻力有重要影響，為優(yōu)化發(fā)動機(jī)安裝性能，本發(fā)明以噴管出口參數(shù)計(jì)算的發(fā)動機(jī)非安裝推力與外調(diào)節(jié)片4、過渡片5、飛機(jī)后體及機(jī)尾罩6表面靜壓計(jì)算的后體阻力之和作為優(yōu)化噴管出口面積的目標(biāo)，分別計(jì)算各高度、馬赫數(shù)下發(fā)動機(jī)噴管出口面積不同時發(fā)動機(jī)非安裝推力與后體阻力；進(jìn)行非安裝推力和后阻力計(jì)算時，以Matlab軟件為集成平臺，發(fā)動機(jī)總體性能以零維程序Turbotrans、噴管內(nèi)外流場計(jì)算以gambit、fluent為計(jì)算工具；Turbotrans程序生成可執(zhí)行文件(*. exe),通過批處理文件(*. bat)被Mat Iab調(diào)用，Mat Iab可通過讀取Turbotrans的計(jì)算結(jié)果,在噴管結(jié)構(gòu)尺寸、噴管出口面積的基礎(chǔ)上產(chǎn)生可供CFD軟件使用的命令流(操作日志文件(*.jou))，用于計(jì)算幾何模型的建立、網(wǎng)格的生成、計(jì)算湍流模型選取、邊界條件設(shè)置等工作，CFD軟件由Matlab通過批處理(*. bat)命令方式啟動、導(dǎo)入操作日志后開展流場計(jì)算，流場計(jì)算收斂后，通過流場計(jì)算軟件，積分噴管出口氣動參數(shù)速度、質(zhì)量流量、靜壓，計(jì)算發(fā)動機(jī)非安裝推力，同時積分外調(diào)節(jié)片4、過渡片5、飛機(jī)后體及機(jī)尾罩6上表面靜壓，計(jì)算后體阻力；選擇非安裝推力與后體阻力之和最大值對應(yīng)該的噴管出口面積作為此狀態(tài)的最優(yōu)噴管出口面積，以相同方法優(yōu)化最它飛行狀態(tài)的發(fā)動機(jī)噴管出口面積，以此系列最優(yōu)噴管出口面積及飛行高度、馬赫數(shù)、發(fā)動機(jī)狀態(tài)參數(shù)擬合成噴管出口 面積調(diào)節(jié)計(jì)劃A9=f (H, Ma, η)。
權(quán)利要求
1. 一種基于安裝性能的發(fā)動機(jī)噴管出口面積調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)方法，其特征在于所述的基于安裝性能的發(fā)動機(jī)噴管出口面積調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)方法為 根據(jù)發(fā)動機(jī)主調(diào)節(jié)計(jì)劃、限制值及飛行高度、馬赫數(shù)使用發(fā)動機(jī)零維計(jì)算軟件計(jì)算發(fā)動機(jī)截面參數(shù)及可調(diào)節(jié)截面面積，由此時噴管喉道面積的101%作為最小值，喉道面積的250%作為最大值，等分系列噴管出口面積，分為13份，根據(jù)發(fā)動機(jī)噴管結(jié)構(gòu)尺寸、喉道面積、噴管出口系列面積分別建立噴管內(nèi)外流場數(shù)值計(jì)算的三維或二維模型，由流場計(jì)算軟件開展噴管內(nèi)外流場計(jì)算，其中計(jì)算邊界條件由發(fā)動機(jī)截面參數(shù)中的噴管進(jìn)口處及飛行環(huán)境參數(shù)確定，通過流場計(jì)算軟件后處理計(jì)算發(fā)動機(jī)噴管非安裝推力以及后體阻力，選取非安裝推力與后體阻力之和的最大值，此最大值對應(yīng)的噴管出口面積為此狀態(tài)的最優(yōu)噴管出口面積，使用相同的方法選取其它各狀態(tài)的噴管最優(yōu)出口面積，擬合成與飛行高度、馬赫數(shù)，發(fā)動機(jī)狀態(tài)有關(guān)的發(fā)動機(jī)噴管出口面積調(diào)節(jié)計(jì)劃A9=f (H，Ma, η)； 出口面積可主動調(diào)節(jié)的發(fā)動機(jī)噴管及飛機(jī)后體示意圖，發(fā)動機(jī)噴管出口面積A9改變時，通過聯(lián)動桿(3)使外調(diào)節(jié)片(4)繞E點(diǎn)轉(zhuǎn)動，外調(diào)節(jié)片(4)轉(zhuǎn)動影響外調(diào)節(jié)片(4)、過渡片(5)、飛機(jī)后體及機(jī)尾罩(6)外表面靜壓分布，導(dǎo)致后體阻力發(fā)生改變；同時，噴管A9面積改變也能影響發(fā)動機(jī)噴流，噴流對各表面阻力同樣產(chǎn)生影響，由上可知，噴管出口 A9面積對后體阻力有重要影響，為優(yōu)化發(fā)動機(jī)安裝性能，本發(fā)明以噴管出口參數(shù)計(jì)算的發(fā)動機(jī)非安裝推力與外調(diào)節(jié)片(4)、過渡片(5)、飛機(jī)后體及機(jī)尾罩(6)表面靜壓計(jì)算的后體阻力之和作為優(yōu)化噴管出口面積的目標(biāo)，分別計(jì)算各高度、馬赫數(shù)下發(fā)動機(jī)噴管出口面積不同時發(fā)動機(jī)非安裝推力與后體阻力； 進(jìn)行非安裝推力和后阻力計(jì)算時，以Matlab軟件為集成平臺，發(fā)動機(jī)總體性能以零維程序Turbotrans、噴管內(nèi)外流場計(jì)算以gambit、fluent為計(jì)算工具；Turbotrans程序生成可執(zhí)行文件(*. exe),通過批處理文件(*. bat)被Matlab調(diào)用，Matlab可通過讀取Turbotrans的計(jì)算結(jié)果,在噴管結(jié)構(gòu)尺寸、噴管出口面積的基礎(chǔ)上產(chǎn)生可供CFD軟件使用的命令流(操作日志文件(*.jou))，用于計(jì)算幾何模型的建立、網(wǎng)格的生成、計(jì)算湍流模型選取、邊界條件設(shè)置等工作，CFD軟件由Matlab通過批處理(*. bat)命令方式啟動、導(dǎo)入操作日志后開展流場計(jì)算，流場計(jì)算收斂后，通過流場計(jì)算軟件，積分噴管出口氣動參數(shù)速度、質(zhì)量流量、靜壓，計(jì)算發(fā)動機(jī)非安裝推力，同時積分外調(diào)節(jié)片(4)、過渡片(5)、飛機(jī)后體及機(jī)尾罩(6)上表面靜壓，計(jì)算后體阻力；選擇非安裝推力與后體阻力之和最大值對應(yīng)該的噴管出口面積作為此狀態(tài)的最優(yōu)噴管出口面積，以相同方法優(yōu)化最它飛行狀態(tài)的發(fā)動機(jī)噴管出口面積，以此系列最優(yōu)噴管出口面積及飛行高度、馬赫數(shù)、發(fā)動機(jī)狀態(tài)參數(shù)擬合成噴管出口面積調(diào)節(jié)計(jì)劃A9=f (H, Ma, η)。
全文摘要
一種基于安裝性能的發(fā)動機(jī)噴管出口面積調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)方法，根據(jù)發(fā)動機(jī)主調(diào)節(jié)計(jì)劃、限制值及飛行高度、馬赫數(shù)使用發(fā)動機(jī)零維計(jì)算軟件計(jì)算發(fā)動機(jī)截面參數(shù)及可調(diào)節(jié)截面面積，由此時噴管喉道面積的101％作為最小值，喉道面積的250％作為最大值，等分系列噴管出口面積，分為13份；通過流場計(jì)算軟件計(jì)算各出口面積條件下噴管流場，通過流場計(jì)算軟件后處理計(jì)算發(fā)動機(jī)噴管非安裝推力以及后體阻力，選取非安裝推力與后體阻力之和的最大值，此最大值對應(yīng)的噴管出口面積為此狀態(tài)的最優(yōu)噴管出口面積。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)能夠?qū)崿F(xiàn)在不改變發(fā)動機(jī)噴管結(jié)構(gòu)、發(fā)動機(jī)工作狀態(tài)的前提下，有效提高發(fā)動機(jī)安裝推力。
文檔編號G06F17/50GK102760193SQ201210262468
公開日2012年10月31日 申請日期2012年7月26日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月26日
發(fā)明者劉月玲, 施磊, 芮長勝, 謝業(yè)平, 趙肅, 邱明星 申請人:中國航空工業(yè)集團(tuán)公司沈陽發(fā)動機(jī)設(shè)計(jì)研究所