CN105197255B - 一种进气道曲面设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种飞机进气道设计技术，尤其涉及一种进气道曲面设计方法，能够解决目前的进气道曲面无法满足设计和精度要求的问题。进气道曲面设计方法包括如下步骤：确定截面个数，截面的形状参数，其中包括入口、中间以及出口的三个典型截面；设定每个典型截面中形状参数的参数值；设定中心线、面积、宽度的变化规律；选取预定形状参数并设定其变化规律；计算其他形状参数的其变化规律；生成进气道的管道过渡型面，并判断进气道是否满足设计要求。本发明提供的进气道曲面设计方法，能够对管道的走向、每个截面的面积、管道宽度等进行精确控制，并采用参数化对进气道曲面进行精细化设计，使得S弯进气道曲面满足设计和精度要求。

Description

一种进气道曲面设计方法

技术领域

本发明涉及飞机进气道设计技术，尤其涉及一种进气道曲面设计方法。

背景技术

进气道作为飞机推进系统的重要组成部分，对飞机的性能和隐身特性有着重要影响。为了实现超高隐身目标，管道设计时采用了双S弯蛇形走向；同时，需要采用型面设计技术进行进气道设计。通过型面设计技术一方面能够抑制流动分离和带动低能区运动，从而提高进气道的气动特性；也能够增加雷达波在管道内的反射次数提高隐身性能；还能够排除了使用传统的涡流发生器控制流场带来的工艺和维护上的问题。

因此，对进气道进行型面设计非常重要。目前，S弯进气道的型面设计方法是先确定起止型面形状，再通过商用软件任意过渡或稍加控制的方法形成中间型面。但是，这种设计方法的缺点是无法对管道的走向、每个截面的面积、管道宽度等进行精确控制，难以采用参数化对进气道曲面进行精细化设计，使得S弯进气道曲面无法满足设计和精度要求。

发明内容

本发明提供一种进气道曲面设计方法，能够解决目前的进气道曲面无法满足设计和精度要求的问题。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种进气道曲面设计方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一，根据预生成的进气道形状，在所述进气道上预定位置处选取预定数量的截面，并设置所有所述截面的形状参数，所述截面包括有三个典型截面，分别是入口截面、中间截面以及出口截面；

步骤二，根据预生成的进气道形状，设定每个所述典型截面中所有形状参数的参数值；

步骤三，根据预生成的进气道形状，设置整个所述进气道上的所述进气道的中心线、预定位置处管道截面面积以及预定位置处管道截面宽度的变化规律；

步骤四，选取所述典型截面中预定数量的形状参数作为预定形状参数，并设置所述预定形状参数在整个所述进气道上的变化规律；

步骤五，结合步骤三和步骤四，得到所述典型截面中其他形状参数的变化规律；

步骤六，生成所述进气道的管道过渡型面，并判断所述进气道是否满足设计要求；满足，则完成设计；不满足，则返回步骤四，重新设置所述预定形状参数的变化规律，再进行步骤五至步骤六。

可选地，在所述步骤一中，所述截面的形状参数包括Ra1、Rb1以及Rb2，所述入口截面呈C型，所述中间截面呈椭圆形，所述出口截面呈圆形；

在所述步骤二中，所述C型的入口截面形状参数分别为Ra1'、Rb1'、Rb2'，所述椭圆形的中间截面的形状参数Ra1”、Rb1”、Rb2”，所述圆形的出口截面的形状参数为半径Rc＝Ra1”'＝Rb1”'＝Rb2”'。

可选地，在所述步骤三中，根据如下公式(1)设置整个所述进气道上的所述进气道的中心线、预定位置处管道截面面积以及预定位置处管道截面宽度的变化规律Y\f(X)：

Y＝f(X)＝A·X+B·X²+C·X³+D·X⁴.......(1)；

其中A、B、C、D为设定的曲线形状系数，X为设定的轴向无量纲参数，Y分别为中心线的纵向坐标、预定位置处管道截面面积以及预定位置处管道截面宽度。

可选地，所述进气道分为两段，分别为第一S弯段和第二S弯段，在所述步骤三中：

设定所述第一S弯段的变化规律为缓急相当，在所述公式(1)中：A＝0、B＝-2、C＝3、D＝0；

设定所述第二S弯段的变化规律为前缓后急，在所述公式(1)中：A＝-3、B＝4、C＝0、D＝0。

可选地，在所述步骤四中，所述预定形状参数为Rb2。

可选地，在所述步骤六，沿所述的进气道轴线方向将所述的进气道分为上半段和下半段，公式(2)为所述上半段进气道的所述入口截面到所述中间截面的型面过渡公式，公式(3)为所述下半段进气道的所述入口截面到所述中间截面的型面过渡公式：

其中，i＝(1，2，…，m)为沿x方向的站位标号，j＝(1，2，…，n)为每一段上点的标号，β为某站位处中心线切向与纵坐标的夹角；x，y，z的下标2和下标3分别代表进气道的上型线和下型线，

可选地，在所述步骤一和步骤二中，是根据典型截面形状，采用相应的数学公式对每个典型截面进行精确表达，从而确定出形状参数个数，再根据已知约束个数，确定所述预定形状参数。

本发明的有益效果是：

本发明提供的进气道曲面设计方法，能够对管道的走向、每个截面的面积、管道宽度等进行精确控制，并采用参数化对进气道曲面进行精细化设计，使得S弯进气道曲面满足设计和精度要求。

附图说明

图1是本发明进气道曲面设计方法的流程图；

图2是本发明一个实施例的进气道的形状示意图；

图3是图2中入口截面的示意图；

图4是图2中间截面的示意图；

图5是图2出口截面的示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的进行详细描述。

如图1所示，本发明的一种进气道曲面设计方法，包括如下步骤：

步骤一，根据预生成的进气道形状，在进气道上预定位置处选取预定数量的截面，并设置所有所述截面的形状参数，截面包括有三个典型截面，分别是入口截面、中间截面以及出口截面。通常进气道分为两段，分别为第一S弯段和第二S弯段。并且，具体可以根据典型截面形状，采用相应的数学公式对每个典型截面进行精确表达，从而确定出形状参数个数。

步骤二，设定每个典型截面的形状参数的参数值；具体参数值可以根据预生成的进气道形状进行多种适合的设定。

步骤三，根据预生成的进气道形状，设置整个进气道上(从入口到出口)的进气道的中心线、预定位置处管道截面面积以及预定位置处管道截面宽度的变化规律。

需要说明的是，变化规律可以根据需要进行适合的选取；在本实施例中，是根据如下公式(1)设置中心线、预定位置处管道截面面积以及预定位置处管道截面宽度的变化规律Y\f(X)：

Y＝f(X)＝A·X+B·X²+C·X³+D·X⁴.......(1)；

其中A、B、C、D为设定的曲线形状系数，X为设定的轴向无量纲参数，Y分别为中心线的纵向坐标、预定位置处管道截面面积(大小)以及预定位置处管道截面宽度(大小)。

步骤四，设置典型截面的预定数量的形状参数作为预定形状参数，并设置预定形状参数在整个进气道上的变化规律。具体地，当步骤一中形状参数的个数确定以后，可以再根据已知约束个数，确定其中的预定形状参数。此处的变化规律可以遵循公式(1)，也可以采用其他自定义的规律。

步骤五，结合步骤三和步骤四，得到典型截面中其他形状参数的变化规律。此时能够根据需要计算出任意截面上的任意形状参数。

步骤六，生成进气道的管道过渡型面，并判断进气道是否满足设计要求；满足，则完成设计；不满足，则返回步骤四，重新设置预定形状参数的变化规律，再进行步骤五至步骤六。

本发明提供的进气道曲面设计方法，能够对管道的走向、每个截面的面积、管道宽度等进行精确控制，并采用参数化对进气道曲面进行精细化设计，使得S弯进气道曲面满足设计和精度要求。

特别如图2至图5所示，下面将以一个具体实施例中对本发明的进气道曲面设计方法进行详细说明：

步骤一、在进气道上预定位置处选取m(m≥3)个截面，所有截面的形状参数包括Ra1、Rb1以及Rb2，且所有截面中至少包括入口、中间以及出口处的截面；另外，选取入口截面呈C型，中间截面呈椭圆形，出口截面呈圆形。

步骤二、选取C型的入口截面形状参数分别为Ra1'、Rb1'、Rb2'，进一步，设定Ra1'＝495mm，Rb1'＝560mm，Rb2'＝0mm；选取椭圆形的中间截面的形状参数Ra1”、Rb1”、Rb2”，进一步，设定Ra1”＝695mm，Rb1”＝Rb2”＝240mm；选取圆形的出口截面的形状参数为半径Rc＝Ra1”'＝Rb1”'＝Rb2”'，进一步，设定Rc＝375mm。

步骤三、通常变化规律分为前急后缓、前缓后急和缓急相当三种；本实施例中，设定第一S弯段的变化规律为缓急相当，则在公式(1)中设定：A＝0、B＝-2、C＝3、D＝0。再设定第二S弯段的变化规律为前缓后急，在公式(1)中设定：A＝-3、B＝4、C＝0、D＝0。

步骤四、由于形状参数(即变量)的个数多于约束的个数，因此一部分形状参数(即预定形状参数)的变化规律需要在求解前给出；本实施例中根据进口形状确定预定形状参数为一个，即Rb2，并设置预定形状参数从入口到中间的变化规律，且该变化规律为线性变化。需要说明的，预定形状参数的数量可以根据需要进行适合的选择；对于该实例是3个未知量2个约束，因此只需给定1个预定形状参数的变化规律，但对于有的比较复杂典型截面，其形状参数可能更多，比如有4个未知量，这样若还是2个约束，则需要给定2个预定形状参数。

步骤五，将中心线、预定位置处管道截面面积、预定位置处管道截面宽度、几何关系等约束写成数学表达式形式，再结合上一步中确定的预定形状参数的变化规律，迭代求解非线性方程组，获得其他形状参数的变化规律，对于该实施例，即为Ra1和Rb1。

步骤六，沿的进气道轴线方向将进气道分为上半段和下半段，公式(2)为上半段进气道的入口截面到中间截面的型面过渡公式，公式(3)为下半段进气道的入口截面到中间截面的型面过渡公式：

其中，i＝(1，2，…，m)为沿x方向的站位标号，即第几个截面，j＝(1，2，…，n)为每一段上点的标号，β为某站位处中心线切向与纵坐标的夹角；x，y，z的下标2和3分别代表进气道的上型线和下型线，

需要说明的是，上半段进气道从中间截面到出口截面的型面过渡公式，以及下半段进气道从中间截面到出口截面的型面过渡公式与上述公式(2)和公式(3)类似，算法也类似，这里不再赘述。

生成进气道的管道过渡型面后，检查管道的形状和质量精度等是否满足设计要求。若不满足，则返回步骤四，重新设置预定形状参数的变化规律，再进行步骤五至步骤六，则完成设计；当本发明的方法通过某一预定程序实现时，此处完成设计时可以直接输出得到的道型面曲面。具体设计生成的“进口截面-中间截面-出口截面”的几个典型站位处的型面及中心线示意图见图2。经检查，该进气道的型面曲率连续性好，曲面精度高，面积分布规律合理。

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所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (7)

1.一种进气道曲面设计方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一，根据预生成的进气道形状，在所述进气道上预定位置处选取预定数量的截面，并设置所有所述截面的形状参数，所述截面包括有三个典型截面，分别是入口截面、中间截面以及出口截面；

步骤二，设定每个所述典型截面中所有形状参数的参数值；

步骤三，设置整个所述进气道上的所述进气道的中心线、预定位置处管道截面面积以及预定位置处管道截面宽度的变化规律；

步骤四，选取所述典型截面中预定数量的形状参数作为预定形状参数，并设置所述预定形状参数在整个所述进气道上的变化规律；

步骤五，结合步骤三和步骤四，得到所述典型截面中其他形状参数的变化规律；

步骤六，生成所述进气道的管道过渡型面，并判断所述进气道是否满足设计要求；满足，则完成设计；不满足，则返回步骤四，重新设置所述预定形状参数的变化规律，再进行步骤五至步骤六。

2.根据权利要求1所述的进气道曲面设计方法，其特征在于，在所述步骤一中，所述截面的形状参数包括Ra1、Rb1以及Rb2，所述入口截面呈C型，所述中间截面呈椭圆形，所述出口截面呈圆形；

在所述步骤二中，所述C型的入口截面形状参数分别为Ra1'、Rb1'、Rb2'，所述椭圆形的中间截面的形状参数Ra1”、Rb1”、Rb2”，所述圆形的出口截面的形状参数为半径Rc＝Ra1”'＝Rb1”'＝Rb2”'。

3.根据权利要求1或2所述的进气道曲面设计方法，其特征在于，在所述步骤三中，根据如下公式(1)设置整个所述进气道上的所述进气道的中心线、预定位置处管道截面面积以及预定位置处管道截面宽度的变化规律Y\f(X)：

Y＝f(X)＝A·X+B·X²+C·X³+D·X⁴.......(1)；

其中A、B、C、D为设定的曲线形状系数，X为设定的轴向无量纲参数，Y分别为中心线的纵向坐标、预定位置处管道截面面积以及预定位置处管道截面宽度。

4.根据权利要求3所述的进气道曲面设计方法，其特征在于，所述进气道分为两段，分别为第一S弯段和第二S弯段，在所述步骤三中：

设定所述第一S弯段的变化规律为缓急相当，在所述公式(1)中：A＝0、B＝-2、C＝3、D＝0；

设定所述第二S弯段的变化规律为前缓后急，在所述公式(1)中：A＝-3、B＝4、C＝0、D＝0。

5.根据权利要求4所述的进气道曲面设计方法，其特征在于，在所述步骤四中，所述预定形状参数为Rb2。

6.根据权利要求5所述的进气道曲面设计方法，其特征在于，在所述步骤六，沿所述的进气道轴线方向将所述的进气道分为上半段和下半段，公式(2)为所述上半段进气道的所述入口截面到所述中间截面的型面过渡公式，公式(3)为所述下半段进气道的所述入口截面到所述中间截面的型面过渡公式：

其中，i＝(1，2，…，m)为沿x方向的站位标号，j＝(1，2，…，n)为每一段上点的标号，β为某站位处中心线切向与纵坐标的夹角；x，y，z的下标2和下标3分别代表进气道的上型线和下型线，

7.根据权利要求2所述的进气道曲面设计方法，其特征在于，在所述步骤一和步骤二中，是根据典型截面形状，采用相应的数学公式对每个典型截面进行精确表达，从而确定出形状参数个数，再根据已知约束个数，确定所述预定形状参数。