CN105117561B - 一种航空发动机外涵系统设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及航空发动机外涵设计领域，具体涉及一种航空发动机外涵系统设计方法，以解决航空发动机外涵系统设计难以满足系统设计要求的问题。设计方法包括如下步骤：获得外涵流道的优化前的总压损失系数；在外涵流道的总压损失系数不能满足系统设计要求时，对发动机外涵流道内所有影响外涵道气流流动的构件进行逐个全三维计算；得到对外涵道气流流动影响最大的构件；将外涵道气流流动影响最大的构件的布局进行重新规划；获取并判断优化后的压损失系数是否满足系统设计要求；满足系统设计要求，则完成设计；否则，重复上述。本发明的航空发动机外涵系统设计方法操作简单，针对性强，能够大幅度提高外涵系统设计效率。

Description

一种航空发动机外涵系统设计方法

技术领域

本发明涉及航空发动机外涵设计领域，具体涉及一种航空发动机外涵系统设计方法。

背景技术

航空涡轮风扇发动机的外涵系统主要包括：外涵机匣、内涵机匣、外涵道内各管路、电缆、拉杆等结构。

从外涵系统的功能上来说，外涵机匣与内涵机匣形成外涵流路，保证气流低损失的通过；内/外涵机匣为发动机的各个附件、管路、电缆、电嘴等外部零件提供结构支撑，保证各个管路、电缆、电嘴能够可靠的通过外涵流路。一般涡轮风扇发动机外涵系统设计时，将固定在内涵机匣之上的作动筒传动杆、管路、电缆、电嘴等零件分别直接的穿越外涵流路和外涵机匣，连接到发动机外涵机匣的外侧附件上。上述各涵道内零件分别穿越外涵流路的方法，会给外涵气流带来较大的流动损失，降低发动机的推力，无法满足外涵系统的性能设计要求。另外，各种零件无序的穿越外涵流道，会改变外涵气流流场的均匀性，影响外涵后侧的加力燃烧室的冷却，造成局部烧蚀。

但是，目前没有能够准确判断外涵气流带来的流动损失，对发动机推力影响程度的方法，也没有能够准确判断涵道内各个零件单独造成的气流流动损失大小的方法，使得外涵系统的改进设计盲目而没有针对性，难以满足系统设计要求。

发明内容

本发明的目的是提供一种航空发动机外涵系统设计方法，以解决航空发动机外涵系统设计难以满足系统设计要求的问题。

本发明的技术方案是：

一种航空发动机外涵系统设计方法，包括如下步骤：

步骤一、建立发动机外涵流道全三维模型，针对所述全三维模型进行外涵道气流流动全三维计算，获得所述外涵流道的优化前的总压损失系数；

步骤二、在所述外涵流道的总压损失系数不能满足系统设计要求时，对所述发动机外涵流道内所有影响所述外涵道气流流动的构件进行逐个全三维计算；

步骤三、根据所有影响所述外涵道气流流动的结构进行逐个全三维计算结果，分析得到对所述外涵道气流流动影响最大的构件；

步骤四、将所述外涵道气流流动影响最大的构件的布局进行重新规划；

步骤五、再将经过重新规划后的发动机外涵流道建立全三维模型(UG软件)，获得重新规划后的所述外涵流道的优化后的压损失系数，并判断所述优化后的压损失系数是否满足系统设计要求；满足系统设计要求，则完成设计；否则，重复步骤四至步骤五。

优选地，所述步骤二中，所有影响所述外涵道气流流动的构件包括管路、电缆、电嘴以及传动杆。

优选地，所述外涵道气流流动影响最大的构件包括管路和电缆。

优选地，在所述步骤四中包括：

将至少两条管路或至少两条电缆进行集束，将集束后的管路或电缆从内涵集中穿越外涵流路，再采用叶形盒包裹在集束后管路或电缆外侧，以完成外涵道气流流动影响最大的构件的重新布局；其中，所述叶形盒外形采用流线型设计。

本发明的有益效果：

本发明的航空发动机外涵系统设计方法中，能够在外涵流道的总压损失系数不能满足系统设计要求时，对发动机外涵流道内所有影响外涵道气流流动的构件进行逐个全三维计算，得到对外涵道气流流动影响最大的构件，并将外涵道气流流动影响最大的构件的布局进行重新规划，减低气流流动损失，最终使得外涵流道的总压损失系数满足系统设计要求；本发明的设计方法操作简单，针对性强，能够大幅度提高外涵系统设计效率。

附图说明

图1是本发明航空发动机外涵系统设计方法流程图。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。

如图1所示，本发明提供的一种航空发动机外涵系统设计方法，包括如下步骤：

步骤一、建立发动机外涵流道全三维模型，针对全三维模型进行外涵道气流流动全三维计算，获得所述外涵流道的优化前的总压损失系数。其中，全三维模型的建立可以采用多种已知的软件，此处优选为UG软件，同样，进行全三维计算也可以采用多种已知的软件，此处优选为Ansys软件；上述软件的具体建模和计算过程此处不再赘述。

另外，在发动机外涵流道中包括由内涵直接穿越外涵流道的管路、电缆、电嘴以及传动杆等部件。

步骤二、判断全三维计算得到的总压损失系数是否满足系统设计要求(性能要求)，通常外涵系统设计时，其总压损失系数要求在0.95以上，即气流损失要小于百分之五；当外涵流道的总压损失系数不能满足系统设计要求时，对发动机外涵流道内所有影响外涵道气流流动的构件进行逐个全三维计算。其中，所有影响外涵道气流流动的构件即上述发动机外涵流道中包括的管路、电缆、电嘴以及传动杆等部件。

步骤三、根据上述所有影响外涵道气流流动的结构进行逐个全三维计算结果，分析(通过全三维计算)得到对外涵道气流流动影响最大的构件。

进一步，根据不同的发动机类型不同，对外涵道气流流动影响最大的构件也不同；本实施例中，在对某新型涡轮风扇发动机设计时，经过外涵道的空气流量大幅增加，通过对外涵系统的全三维流动计算，计算结果表明，各内涵管路、电缆等零件直接穿越外涵道，将给外涵气流带来较大的压力损失，严重的影响发动机总推力，原有的设计方法无法满足外涵系统的性能设计要求，也即是在本实施例中，对外涵道气流流动影响最大的构件包括管路和电缆。

步骤四、将外涵道气流流动影响最大的构件的布局进行重新规划，即对上述实施例中的管路和电缆布局进行重新规划。

重新规划的方式可以有多种，例如改变位置、改变形状等。本实施例中，首先是将至少两条管路或至少两条电缆进行集束(扎成一条)，集束后的管路或电缆从内涵集中穿越外涵流路，再采用叶形盒(或叫整流罩)在集束后管路或电缆外侧，以完成外涵道气流流动影响最大的构件的重新布局。其中，叶形盒内管路或电缆的数量、叶形盒分布位置及叶形盒大小，均可以根据各管路、电缆具体功能和空间位置连接要求进行适合的选择。本实施例中，优选为将两条管路或两条电缆进行集束，再采用叶形盒包裹，一方面能够减小管路或电缆对气流的损失，同时，有能够控制叶形盒的体积，从而避免叶形盒本身对气流造成损失。

同样，叶形盒外形是根据外涵道气流流动方向进行流线型设计，以减小其安装在涵道中对气流造成的损失，同时，叶形盒的设计还能够改善外涵气流流场。

步骤五、再将经过重新规划后的发动机外涵流道建立全三维模型，获得重新规划后的外涵流道的优化后的压损失系数；

进一步，判断优化后的压损失系数是否满足系统设计要求；如果满足系统设计要求，则完成设计；否则，重复步骤四至步骤五。

本发明的航空发动机外涵系统设计方法能够同时兼顾外涵系统的流阻损失、流场均匀性和穿越外涵流道各管路电缆的功能，保证外涵系统能够满足性能要求，并且，本发明的航空发动机外涵系统设计方法实施方便，适用于各种中小涵道比涡轮风扇发动机产品。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (1)

1.一种航空发动机外涵系统设计方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一、建立发动机外涵流道全三维模型，针对所述全三维模型进行外涵道气流流动全三维计算，获得所述外涵流道的优化前的总压损失系数；

步骤二、在所述外涵流道的总压损失系数不能满足系统设计要求时，对所述发动机外涵流道内所有影响所述外涵道气流流动的构件进行逐个全三维计算；

步骤三、根据所有影响所述外涵道气流流动的结构进行逐个全三维计算结果，分析得到对所述外涵道气流流动影响最大的构件；

步骤四、将所述外涵道气流流动影响最大的构件的布局进行重新规划；

步骤五、再将经过重新规划后的发动机外涵流道建立全三维模型，获得重新规划后的所述外涵流道的优化后的压损失系数，并判断所述优化后的压损失系数是否满足系统设计要求；满足系统设计要求，则完成设计；否则，重复步骤四至步骤五；

所述步骤二中，所有影响所述外涵道气流流动的构件包括管路、电缆、电嘴以及传动杆；

所述外涵道气流流动影响最大的构件包括管路和电缆；

在所述步骤四中包括：将至少两条管路或至少两条电缆进行集束，将集束后的管路或电缆从内涵集中穿越外涵流路，再采用叶形盒包裹在集束后管路或电缆外侧，以完成外涵道气流流动影响最大的构件的重新布局；其中，所述叶形盒外形采用流线型设计。