CN106682287B - 一种涡扇发动机内外涵道型线设计方法 - Google Patents

一种涡扇发动机内外涵道型线设计方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种涡扇发动机内外涵道型线设计方法，发明将内外涵道型线分为内涵轮毂、分流机匣下壁面、分流机匣前缘、分流机匣上壁和外涵机匣5段来设计。采用了贝塞尔曲线拟合内涵轮毂、分流机匣下壁面和分流机匣前缘型线。使用了直线拟合了外涵轮毂和分流机匣上壁面型线。相对于基于通流理论的传统设计方法，本发明通过控制分流环前缘位置建立涵道比和几何型线的直接联系，使得涵道比控制更加直观，添加了基于涵道比的分流机匣前缘位置的径向修正，使得分流机匣前缘位置更加匹配于实际工况；增加了具有两处弯曲位置的内涵道的设计方案，实现了弯曲位置的直接调控，增强了弯曲位置调整的灵活性和方向性，缩短了设计周期。

Description

一种涡扇发动机内外涵道型线设计方法
技术领域
本发明涉及涡扇发动机内外涵道设计方法。具体为涡扇发动机内外涵道壁面型线的设计方法。
背景技术
在涡扇发动机中，内外涵道由分流机匣、外涵机匣和内涵轮毂3个部件组成。分流机匣是内涵流道和外涵流道的物理分界面，主要起到分配内外涵道空气流量的重要作用。气流经过低压风扇后，在分流机匣前缘处被分为两股分别流入到内涵道和外涵道中。内涵道由内涵轮毂和分流机匣下壁面形成，外涵道由外涵机匣和分流机匣上壁面形成，如图1所示。
已有的内外涵道设计方法主要是基于通流理论的设计方法。这种方法通过联立几何约束、边界条件和径向平衡方程进行迭代求解，直至流量或者分流机匣型线等参数收敛，最后解得内外涵道几何型线解。
发明内容
传统设计方法通过边界条件、几何约束和径向平衡方程建立了涵道比和几何型线的间接联系，难以直接判断出几何型线对涵道比的影响。另外，在传统设计方法中，内涵道的弯曲程度和弯曲位置不能直接调整，在内涵道设计方面不够灵活，具有一定的盲目性。
为了解决上述问题，本发明通过控制分流环前缘位置建立涵道比和几何型线的直接联系，基于内涵道型线控制点的位置实现了内涵道弯曲位置的直接调控，通过移动分流机匣前缘轴向位置实现了分流机匣前缘相对径向位置的修正。相对于基于通流理论的传统设计方法，本发明通过控制分流环前缘位置建立涵道比和几何型线的直接联系，使得涵道比控制更加直观，添加了基于涵道比的分流机匣前缘位置的径向修正，使得分流机匣前缘位置更加匹配于实际工况；增加了具有两处弯曲位置的内涵道的设计方案，实现了弯曲位置的直接调控，增强了弯曲位置调整的灵活性和方向性，缩短了设计周期。
技术方案
所述的一种涡扇发动机内外涵道型线设计方法，其特征在于：包含以下步骤：
步骤1，根据内外涵道几何设计参数和性能设计参数设计型线，其中几何设计参数有：外涵机匣进口端点P1的轴向坐标z1、径向坐标r1和几何角θ1，内涵轮毂进口端点P2的z2轴向坐标z2、径向坐标r2和几何角θ2，分流机匣下壁面出口端点P3的轴向坐标z3、径向坐标r3和几何角θ3，内涵轮毂出口端点P4的轴向坐标z4、径向坐标r4和几何角θ4；性能设计参数有：涵道比B，涵道比为外涵流量与内涵流量之比。
步骤2，计算内外涵道分界点P5的位置和几何角。为了建立涵道比B和内外涵道型线之间的联系，基于涵道比B、内涵轮毂进口端点和外涵机匣进口端点确定出分界点位置和几何角。
步骤3，设计内涵轮毂型线。为了满足内涵轮毂进、出口端点位置和几何角的约束，实现内涵轮毂型线弯曲位置的控制，通过内涵轮毂进、出口端点和无量纲弯曲位置确定出内涵轮毂型线的6个控制点。基于内涵轮毂型线的6个控制点，求解Bezier曲线方程，得到内涵轮毂型线。
步骤4，设计分流机匣初始型线。为了满足分界点位置和几何角的约束，实现分流机匣下壁面型线弯曲位置的控制，首先通过分界点、分流机匣下壁面出口端点和无量纲弯曲位置确定分流机匣下壁面初始型线的6个控制点位置；然后基于分流机匣下壁面初始型线的6个控制点，求解Bezier曲线方程，得到分流机匣下壁面初始型线。
步骤5，截取分流机匣型线。内切点为分流机匣前缘与分流机匣下壁面的连接点。为了实现分流机匣轴向位置的直接控制，首先根据内切点无量纲轴向位置、分流机匣下壁面初始型线确定内切点的位置。然后选取内切点之后的初始型线作为最终的分流机匣下壁面型线。
步骤6，确定外切点位置。外切点为分流机匣前缘与分流机匣上壁面的连接点。由于外切点和内切点轴向位置相同，关于过分界点的轴向水平直线对称，所以基于分界点和内切点可以确定出外切点。
步骤7，设计分流机匣前缘型线。为了平衡内涵道与外涵道流通能力之间的差距，放大修正了内涵道流通面积。首先通过分界点、内切点和外切点确定出分流机匣前缘型线的5个控制点。基于分流机匣前缘壁面型线的5个控制点，求解Bezier曲线方程，得到分流机匣前缘型线。
步骤8，设计分流机匣上壁面和外涵机匣型线。为了尽可能减少损失，降低加工成本和难度，外涵道采用平行环形管道方案。首先通过外切点、外涵机匣进口端点和外涵仰角确定分流机匣上壁面和外涵机匣型线的起始端点，然后根据起始端点线性插值得到分流机匣上壁面型线和外涵机匣型线。
步骤9，循环步骤2到步骤8，得到不同自由参数取值对应的内外涵道壁面型线，形成几何型线样本空间。
步骤10，进行二维CFD数值计算，求解端壁几何型线样本空间内任意二维型线构成的内外涵道流场，在计算的总压损失系数域内选取最小值，得到对应的最佳型线值，完成内外涵道二维壁面型线设计。
有益效果
1)本发明中通过分界点径向位置建立了涵道比B和内外涵道壁面型线的直接联系，基于内切点的无量纲轴向位置自由参数实现了分流机匣前缘轴向位置的直接移动，在径向和轴向两个方向上实现了分流机匣前缘位置的可控。相对于基于涵道比B和内外涵道型线之间的不确定性的关系的传统设计方法，本发明减低了预估内外涵道几何型线和涵道比之间关系的难度，降低了调整分流机匣前缘位置的复杂度，使得设计更加简便、直接。
2)本发明通过很少的自由参数实现了内涵道的弯曲位置的直接调整，建立了弯曲位置和无量纲自由参数正相关的关系。相对于以气动与几何之间的间接调整方式和不确定关系为基础的传统设计方法，本发明通过修改自由参数的取值，提高了移动内涵道的弯曲位置的准确度和精度，使得设计更加直观，快速。
3)本发明摆脱了传统设计方法中边界条件对设计经验的高度依赖，采用简单、直接的自由无量纲参数进行调控，并且能够遍历整个自由无量纲参数的取值范围，扩大了几何型线的样本空间和样本数量，更有利于获得性能好的样本。
附图说明
图1是内外涵道结构示意图；
图2是设计流程图；
图3是发明过程实施图；
图4是内涵轮毂和分流机匣下壁面控制点的位置示意图；
图5是分流机匣前缘控制点位置示意图；
图6是不同涵道比B对应的内外涵道型线样本空间示意图；
图7是不同分流机匣前缘轴向位置对应的内外涵道型线样本空间示意图；
图8是不同内涵道弯曲位置对应的内外涵道型线样本空间示意图。
图3中的1、2、3、4、5和6分别表示分流机匣型线第1、2、3、4、5和6个控制点，图4中的1、2、3、4和5分别表示你分流机匣前缘第1、2、3、4和5个控制点。k1为内切点的斜率，k2为外切点的斜率。
具体实施方式
本发明的具体步骤如下。
步骤1，设置几何设计参数和性能设计参数。设计内外涵道型线，首先需要满足几何设计参数要求，几何设计参数有：外涵机匣进口端点P1的轴向坐标z1、径向坐标r1和几何角θ1，内涵轮毂进口端点P2的轴向坐标z2、径向坐标r2和几何角θ2，分流机匣下壁面出口端点P3的轴向坐标z3、径向坐标r3和几何角θ3，内涵轮毂出口端点P4的轴向坐标z4、径向坐标r4和几何角θ4。其次需要满足性能设计参数要求，性能设计参数有：涵道比B，涵道比为外涵质量流量与内涵质量流量之比。
步骤2，设置自由设计参数。自由设计参数有：内涵轮毂型线第3、4个控制点的无量纲轴向坐标
Figure GDA0002305478520000031
其中
Figure GDA0002305478520000032
分流机匣下壁面初始型线第3、4个控制点的无量纲轴向坐标
Figure GDA0002305478520000033
其中
Figure GDA0002305478520000034
内切点的无量纲轴向位置坐标MNT，MNT∈[0,0.8]。外涵道仰角θB。
步骤3，计算内外涵道分界点P5的轴向坐标z5、径向坐标r5和几何角θ5。通过分界点的位置和几何角建立了涵道比与内外涵道型线之间的联系。分界点分离了内外涵道，因此外涵环形流道的进口面积和内涵环形流道进口面积之比为涵道比B。其中，外涵环形流道的外径等于r1、内径等于r5，内涵环形流道的外径为r5、内径为r2。
Figure GDA0002305478520000035
步骤4,计算内涵流道型线控制点径向坐标和轴向坐标。内涵轮毂型线由3阶6点Bezier曲线法生成。通过调整第3、4个控制点的轴向位置实现了内涵轮毂型线弯曲位置的直接调整。内涵轮毂的6个控制点可以由内涵轮毂进口端点、出口端点和第3、4个控制点的无量纲轴向位置自由参数确定。每个控制点轴向坐标和径向坐标计算方法如下：
1)内涵轮毂型线第1个控制点为内涵轮毂进口端点，轴向坐标为
Figure GDA0002305478520000041
径向坐标为
Figure GDA0002305478520000042
Figure GDA0002305478520000043
2)内涵轮毂型线第2个控制点为内涵轮毂进口端点的几何角控制点，轴向坐标为
Figure GDA0002305478520000044
径向坐标为
Figure GDA0002305478520000045
Figure GDA0002305478520000046
3)内涵轮毂型线第3个控制点为前半段弯曲位置控制点，轴向坐标为
Figure GDA0002305478520000047
径向坐标为
Figure GDA0002305478520000048
无量纲轴向坐标为
Figure GDA0002305478520000049
Figure GDA00023054785200000410
Figure GDA00023054785200000411
4)内涵轮毂型线第4个控制点为后半段弯曲位置控制点，轴向坐标为
Figure GDA00023054785200000412
径向坐标为
Figure GDA00023054785200000413
无量纲轴向坐标为
Figure GDA00023054785200000414
Figure GDA00023054785200000415
Figure GDA00023054785200000416
5)内涵轮毂型线第5个控制点为内涵轮毂出口端点几何角控制点，轴向坐标为
Figure GDA00023054785200000417
径向坐标为
Figure GDA00023054785200000418
Figure GDA00023054785200000419
6)内涵轮毂型线第6个控制点为内涵轮毂出口端点，轴向坐标为
Figure GDA00023054785200000420
径向坐标为
Figure GDA00023054785200000421
Figure GDA00023054785200000422
步骤5，计算分流机匣下壁面初始型线控制点径向坐标和轴向坐标。机匣下壁面初始型线由3阶6点Bezier曲线法生成。通过调整第3、4个控制点的轴向位置实现了分流机匣下壁面初始型线弯曲位置的直接调整。机匣下壁面初始型线的6个控制点由分界点、机匣下壁面出口端点和第3、4个控制点无量纲轴向位置自由参数确定出。每个控制点轴向坐标和径向坐标计算方法如下：
1)分流机匣下壁面初始型线第1个控制点为分界点，轴向坐标为
Figure GDA00023054785200000423
径向坐标为
Figure GDA00023054785200000424
Figure GDA00023054785200000425
2)分流机匣下壁面初始型线第2个控制点为分界点的几何角控制点，轴向坐标为
Figure GDA00023054785200000426
径向坐标为
Figure GDA00023054785200000427
Figure GDA00023054785200000428
3)分流机匣下壁面初始型线第3个控制点为前半段弯曲位置控制点，轴向坐标为
Figure GDA00023054785200000429
径向坐标为
Figure GDA00023054785200000430
无量纲轴向坐标为
Figure GDA00023054785200000431
Figure GDA00023054785200000432
Figure GDA0002305478520000051
4)分流机匣下壁面初始型线第4个控制点为自由控制点，轴向坐标为
Figure GDA0002305478520000052
径向坐标为
Figure GDA0002305478520000053
无量纲轴向坐标为
Figure GDA0002305478520000054
Figure GDA0002305478520000055
Figure GDA0002305478520000056
5)分流机匣下壁面初始型线第5个控制点为分流机匣出口端点几何角控制点，轴向坐标为
Figure GDA0002305478520000057
径向坐标为
Figure GDA0002305478520000058
Figure GDA0002305478520000059
6)分流机匣下壁面初始型线第6个控制点为分流机匣下壁面出口端点，轴向坐标为
Figure GDA00023054785200000510
径向坐标为
Figure GDA00023054785200000511
Figure GDA00023054785200000512
步骤6，计算内涵轮毂型线数据点坐标。基于内涵轮毂型线的6个控制点，求解Bezier曲线方程，可以得到内涵轮毂型线NN个数据点
Figure GDA00023054785200000513
NN＝100。坐标分别为
Figure GDA00023054785200000514
Figure GDA00023054785200000515
步骤7，计算分流机匣下壁面初始型线数据点坐标。基于分流机匣下壁面初始型线的6个控制点，求解Bezier曲线方程，可以得到分流机匣下壁面初始型线NX个数据点
Figure GDA00023054785200000516
Figure GDA00023054785200000517
NX＝100。坐标分别为
Figure GDA00023054785200000518
步骤8，计算内切点PNT位置坐标(zNT,rNT)。内切点为分流机匣前缘与分流机匣下壁面的连接点。通过调整内切点的轴向位置实现了分流机匣前缘轴向位置的移动。内切点的位置由内切点无量纲轴向位置、分流机匣下壁面初始型线的数据点确定出，内切点的位置坐标计算方法如下：
1)计算内切点的轴向坐标zNT。内切点的轴向坐标zNT由内切点无量纲轴向坐标MNT、分流机匣下壁面初始型线的起始数据点
Figure GDA00023054785200000519
和终止数据点
Figure GDA00023054785200000520
计算出，其中MNT∈[0,1]。
Figure GDA00023054785200000521
2)寻找内切点的左邻数据点和右邻数据点，比较内切点和分流机匣下壁面初始型线数据点的轴向坐标，找到离内切点最近的两个数据点坐标
Figure GDA00023054785200000522
和
Figure GDA00023054785200000523
其中下标为iL的数据点作为左邻数据点，下标为iR的数据点作为右邻数据点，由此获得左邻数据点的轴向坐标zL、径向坐标rL，右邻数据点的轴向坐标zR，径向坐标rR。
Figure GDA0002305478520000061
3)计算内切点的径向坐标rNT。通过内切点的轴向坐标、左邻数据点和右邻数据点，采用线性插值计算出内切点的径向坐标rNT和斜率SNT。
Figure GDA0002305478520000062
步骤9，截取分流机匣下壁面初始型线，得到分流机匣下壁面型线。选取分流机匣初始型线右邻数据点到终止数据点作为最终的分流机匣下壁面型线数据点。数据点的个数为N＝NX-iR+1。坐标分别为
Figure GDA0002305478520000063
步骤10，计算外切点PWT位置坐标(zWT,rWT)。外切点为分流机匣前缘与分流机匣上壁面的连接点。外切点和内切点轴向位置相同，关于过分界点的轴向水平直线对称。
Figure GDA0002305478520000064
步骤11，计算分流机匣前缘型线控制点坐标。分流机匣前缘型线由3阶5点Bezier曲线法生成。通过内切点、外切点和分界点可以确定分流机匣前缘5个控制点。
1)分流机匣前缘第1个控制点为内切点，轴向坐标为
Figure GDA0002305478520000065
径向坐标为
Figure GDA0002305478520000066
Figure GDA0002305478520000067
2)分流机匣前缘第2个控制点为分流机匣前缘内切点斜率控制点，轴向坐标为
Figure GDA0002305478520000068
径向坐标为
Figure GDA0002305478520000069
Figure GDA00023054785200000610
3)分流机匣前缘第3个控制点为前缘点，轴向坐标为
Figure GDA00023054785200000611
径向坐标为
Figure GDA00023054785200000612
在分流机匣前缘控制点轴向位置z3fc处，外涵环形流道径向截面面积和内涵环形流道径向截面面积比等于涵道比B。因为内涵流道流通能力弱于外涵流通能力，放大内涵流道径向截面面积，分流机匣前缘点径向位置等于分界点径向位置。
Figure GDA00023054785200000613
4)分流机匣前缘第4个控制点为外切点斜率控制点，轴向坐标为
Figure GDA0002305478520000071
径向坐标为
Figure GDA0002305478520000072
Figure GDA0002305478520000073
5)分流机匣前缘第5个控制点为自由控制点，轴向坐标为
Figure GDA0002305478520000074
径向坐标为
Figure GDA0002305478520000075
Figure GDA0002305478520000076
步骤12，计算分流机匣前缘型线数据点坐标。通过分流机匣前缘型线的5个控制点，求解Bezier曲线方程，可以得到分流机匣前缘型线NF个数据点
Figure GDA0002305478520000077
NF＝100。坐标分别为
Figure GDA0002305478520000078
步骤13，计算分流机匣上壁面型线起始、终止端点位置。分流机匣上壁面采用一条线段来拟合。线段起始点的轴先坐标为zSS，径向坐标为rSS。终止端点的轴向坐标为zSE，径向坐标为rSE。
Figure GDA0002305478520000079
Figure GDA00023054785200000710
步骤14，计算分流机匣上壁面型线数据点位置坐标。通过分流机匣上壁面型线的起始和终止端点，可以线性插值得到分流机匣上壁面型线NS个数据点
Figure GDA00023054785200000711
NS＝50。坐标分别为
Figure GDA00023054785200000712
Figure GDA00023054785200000713
步骤15，计算外涵机匣型线起始和终止端点位置。外涵机匣壁面型线采用一条线段拟合。线段起始端点PBS的轴先坐标为zBS，径向坐标为rBS。终止端点PBE的轴向坐标为zBE，径向坐标为rBE。
Figure GDA00023054785200000714
Figure GDA00023054785200000715
步骤16，计算外涵机匣壁面型线数据点位置坐标。外涵机匣壁面采用一条线段来拟合。通过外涵机匣型线的起始和终止端点，可以线性插值得到外涵机匣上壁面型线NB个数据点
Figure GDA00023054785200000716
Figure GDA00023054785200000717
NB＝100。坐标分别为
Figure GDA00023054785200000718
Figure GDA0002305478520000081
步骤17，循环步骤2到步骤16，得到不同自由设计参数取值对应的内外涵道型线，形成几何型线样本空间。
步骤18，进行二维CFD数值计算，求解几何型线样本空间内任意二维型线构成的内外涵道流场，在计算的总压损失系数域内选取最小值，得到对应的最佳型线值，完成内外涵道二维型线设计。
根据上述方法所示，本设计方法不同涵道比B对应的内外涵道结构样本空间如图4所示，不同分流机匣前缘轴向位置对应的内外涵道结构样本空间如图6所示，不同内涵道弯曲位置对应的内外涵道结构样本空间如图7所示。

Claims (2)

1.一种涡扇发动机内外涵道型线设计方法，其特征在于：包含以下步骤：
步骤1，设置几何设计参数和性能设计参数，设计内外涵道型线，首先需要满足几何设计参数要求，几何设计参数有：外涵机匣进口端点P1的轴向坐标z1、径向坐标r1和几何角θ1，内涵轮毂进口端点P2的轴向坐标z2、径向坐标r2和几何角θ2，分流机匣下壁面出口端点P3的轴向坐标z3、径向坐标r3和几何角θ3，内涵轮毂出口端点P4的轴向坐标z4、径向坐标r4和几何角θ4，其次需要满足性能设计参数要求，性能设计参数有：涵道比B，涵道比为外涵质量流量与内涵质量流量之比；
步骤2，设置自由设计参数，自由设计参数有：内涵轮毂壁面型线第3、4个控制点的无量纲轴向坐标
Figure FDA0002305478510000011
其中
Figure FDA0002305478510000012
分流机匣下壁面初始型线第3、4个控制点的无量纲轴向坐标
Figure FDA0002305478510000013
其中
Figure FDA0002305478510000014
内切点的无量纲轴向位置坐标MNT，MNT∈[0,0.8]，外涵道仰角θB；
步骤3，计算内外涵道分界点P5的轴向坐标z5、径向坐标r5和几何角θ5，通过分界点的位置和几何角建立了涵道比与内外涵道型线之间的联系，分界点分离了内外涵道，因此外涵环形流道的进口面积和内涵环形流道进口面积之比为涵道比B，其中，外涵环形流道的外径等于r1、内径等于r5，内涵环形流道的外径为r5、内径为r2；
Figure FDA0002305478510000015
步骤4，计算内涵流道型线控制点径向坐标和轴向坐标，内涵轮毂型线由3阶6点Bezier曲线法生成，通过调整第3、4个控制点的轴向位置实现了内涵轮毂型线弯曲位置的直接调整，内涵轮毂的6个控制点可以由内涵轮毂进口端点、出口端点和第3、4个控制点的无量纲轴向位置自由参数确定，每个控制点轴向坐标和径向坐标计算方法如下：
1)内涵轮毂型线第1个控制点为内涵轮毂进口端点，轴向坐标为
Figure FDA0002305478510000016
径向坐标为
Figure FDA0002305478510000017
Figure FDA0002305478510000018
2)内涵轮毂型线第2个控制点为内涵轮毂进口端点的几何角控制点，轴向坐标为
Figure FDA0002305478510000019
径向坐标为
Figure FDA00023054785100000119
Figure FDA00023054785100000111
3)内涵轮毂型线第3个控制点为前半段弯曲位置控制点，轴向坐标为
Figure FDA00023054785100000112
径向坐标为
Figure FDA00023054785100000113
无量纲轴向坐标为
Figure FDA00023054785100000114
Figure FDA00023054785100000115
4)内涵轮毂型线第4个控制点为后半段弯曲位置控制点，轴向坐标为
Figure FDA00023054785100000116
径向坐标为
Figure FDA00023054785100000117
无量纲轴向坐标为
Figure FDA00023054785100000118
Figure FDA0002305478510000021
5)内涵轮毂型线第5个控制点为内涵轮毂出口端点几何角控制点，轴向坐标为
Figure FDA0002305478510000022
径向坐标为
Figure FDA00023054785100000230
Figure FDA0002305478510000024
6)内涵轮毂型线第6个控制点为内涵轮毂出口端点，轴向坐标为
Figure FDA0002305478510000025
径向坐标为
Figure FDA0002305478510000026
Figure FDA0002305478510000027
步骤5，计算分流机匣下壁面初始型线控制点径向坐标和轴向坐标，机匣下壁面初始型线由3阶6点Bezier曲线法生成，通过调整第3、4个控制点的轴向位置实现了分流机匣下壁面初始型线弯曲位置的直接调整，机匣下壁面初始型线的6个控制点由分界点、机匣下壁面出口端点和第3、4个控制点无量纲轴向位置自由参数确定出，每个控制点轴向坐标和径向坐标计算方法如下：
1)分流机匣下壁面初始型线第1个控制点为分界点，轴向坐标为
Figure FDA0002305478510000028
径向坐标为
Figure FDA0002305478510000029
Figure FDA00023054785100000210
2)分流机匣下壁面初始型线第2个控制点为分界点的几何角控制点，轴向坐标为
Figure FDA00023054785100000211
径向坐标为
Figure FDA00023054785100000231
Figure FDA00023054785100000213
3)分流机匣下壁面初始型线第3个控制点为前半段弯曲位置控制点，轴向坐标为
Figure FDA00023054785100000214
径向坐标为
Figure FDA00023054785100000215
无量纲轴向坐标为
Figure FDA00023054785100000216
Figure FDA00023054785100000217
4)分流机匣下壁面初始型线第4个控制点为自由控制点，轴向坐标为
Figure FDA00023054785100000218
径向坐标为
Figure FDA00023054785100000219
无量纲轴向坐标为
Figure FDA00023054785100000220
Figure FDA00023054785100000221
5)分流机匣下壁面初始型线第5个控制点为分流机匣出口端点几何角控制点，轴向坐标为
Figure FDA00023054785100000222
径向坐标为
Figure FDA00023054785100000223
Figure FDA00023054785100000224
6)分流机匣下壁面初始型线第6个控制点为分流机匣下壁面出口端点，轴向坐标为
Figure FDA00023054785100000225
径向坐标为
Figure FDA00023054785100000232
Figure FDA00023054785100000227
步骤6，计算内涵轮毂型线数据点坐标，基于内涵轮毂型线的6个控制点，求解Bezier曲线方程，可以得到内涵轮毂型线NN个数据点
Figure FDA00023054785100000228
NN＝100，坐标分别为
Figure FDA00023054785100000229
Figure FDA0002305478510000031
步骤7，计算分流机匣下壁面初始型线数据点坐标，基于分流机匣下壁面初始型线的6个控制点，求解Bezier曲线方程，可以得到分流机匣下壁面初始型线NX个数据点
Figure FDA0002305478510000032
Figure FDA0002305478510000033
NX＝100，坐标分别为
Figure FDA0002305478510000034
步骤8，计算内切点PNT位置坐标(zNT,rNT)，内切点为分流机匣前缘与分流机匣下壁面的连接点，通过调整内切点的轴向位置实现了分流机匣前缘轴向位置的移动，内切点的位置由内切点无量纲轴向位置、分流机匣下壁面初始型线的数据点确定出，内切点的位置坐标计算方法如下：
1)计算内切点的轴向坐标zNT，内切点的轴向坐标zNT由内切点无量纲轴向坐标MNT、分流机匣下壁面初始型线的起始数据点
Figure FDA0002305478510000035
和终止数据点
Figure FDA0002305478510000036
计算出，其中MNT∈[0,1]，
Figure FDA0002305478510000037
2)寻找内切点的左邻数据点和右邻数据点，比较内切点和分流机匣下壁面初始型线数据点的轴向坐标，找到离内切点最近的两个数据点坐标
Figure FDA0002305478510000038
和
Figure FDA0002305478510000039
其中下标为iL的数据点作为左邻数据点，下标为iR的数据点作为右邻数据点，由此获得左邻数据点的轴向坐标zL、径向坐标rL，右邻数据点的轴向坐标zR，径向坐标rR，
Figure FDA00023054785100000310
3)计算内切点的径向坐标rNT，通过内切点的轴向坐标、左邻数据点和右邻数据点，采用线性插值计算出内切点的径向坐标rNT和斜率SNT，
Figure FDA00023054785100000311
步骤9，截取分流机匣下壁面初始型线，得到分流机匣下壁面型线，选取分流机匣初始型线右邻数据点到终止数据点作为最终的分流机匣下壁面型线数据点，数据点的个数为N＝NX-iR+1，坐标分别为
Figure FDA00023054785100000312
步骤10，计算外切点PWT位置坐标(zWT,rWT)，外切点为分流机匣前缘与分流机匣上壁面的连接点，外切点和内切点轴向位置相同，关于过分界点的轴向水平直线对称，
Figure FDA00023054785100000313
步骤11，计算分流机匣前缘型线控制点坐标，分流机匣前缘型线由3阶5点Bezier曲线法生成，通过内切点、外切点和分界点可以确定分流机匣前缘5个控制点；
1)分流机匣前缘第1个控制点为内切点，轴向坐标为
Figure FDA0002305478510000041
径向坐标为
Figure FDA0002305478510000042
Figure FDA0002305478510000043
2)分流机匣前缘第2个控制点为分流机匣前缘内切点斜率控制点，轴向坐标为
Figure FDA0002305478510000044
径向坐标为
Figure FDA0002305478510000045
Figure FDA0002305478510000046
3)分流机匣前缘第3个控制点为前缘点，轴向坐标为
Figure FDA0002305478510000047
径向坐标为
Figure FDA0002305478510000048
在分流机匣前缘控制点轴向位置
Figure FDA0002305478510000049
处，外涵环形流道径向截面面积和内涵环形流道径向截面面积比等于涵道比B，因为内涵流道流通能力弱于外涵流通能力，放大内涵流道径向截面面积，分流机匣前缘点径向位置等于分界点径向位置，
Figure FDA00023054785100000410
4)分流机匣前缘第4个控制点为外切点斜率控制点，轴向坐标为
Figure FDA00023054785100000411
径向坐标为
Figure FDA00023054785100000412
Figure FDA00023054785100000413
5)分流机匣前缘第5个控制点为自由控制点，轴向坐标为
Figure FDA00023054785100000414
径向坐标为
Figure FDA00023054785100000415
Figure FDA00023054785100000416
步骤12，计算分流机匣前缘型线数据点坐标，通过分流机匣前缘型线的5个控制点，求解Bezier曲线方程，可以得到分流机匣前缘型线NF个数据点
Figure FDA00023054785100000417
NF＝100，坐标分别为
Figure FDA00023054785100000418
步骤13，计算分流机匣上壁面型线起始、终止端点位置，分流机匣上壁面采用一条线段来拟合，线段起始点的轴向坐标为zSS，径向坐标为rSS，终止端点的轴向坐标为zSE，径向坐标为rSE，
Figure FDA00023054785100000419
Figure FDA0002305478510000051
步骤14，计算分流机匣上壁面型线数据点位置坐标，通过分流机匣上壁面型线的起始和终止端点，可以线性插值得到分流机匣上壁面型线NS个数据点
Figure FDA0002305478510000052
NS＝50，坐标分别为
Figure FDA0002305478510000053
Figure FDA0002305478510000054
步骤15，计算外涵机匣型线起始和终止端点位置，外涵机匣壁面型线采用一条线段拟合，线段起始端点PBS的轴向坐标为zBS，径向坐标为rBS，终止端点PBE的轴向坐标为zBE，径向坐标为rBE，
Figure FDA0002305478510000055
Figure FDA0002305478510000056
步骤16，计算外涵机匣壁面型线数据点位置坐标，外涵机匣壁面采用一条线段来拟合，通过外涵机匣型线的起始和终止端点，可以线性插值得到外涵机匣型线NB个数据点
Figure FDA0002305478510000057
Figure FDA0002305478510000058
NB＝100，坐标分别为
Figure FDA0002305478510000059
Figure FDA00023054785100000510
步骤17，循环步骤2到步骤16，得到不同自由设计参数取值对应的内外涵道型线，形成几何型线样本空间；
步骤18，进行二维CFD数值计算，求解几何型线样本空间内任意二维型线构成的内外涵道流场，在计算的总压损失系数域内选取最小值，得到对应的最佳型线值，完成内外涵道二维型线设计。
2.根据权利要求1所述一种涡扇发动机内外涵道型线设计方法，其特征在于：
步骤4和5中，内涵道采用了两处弯曲位置的设计方案，并且两处弯曲位置的设计和控制通过内涵轮毂型线和分流机匣初始型线的两个控制点无量纲轴向位置实现。
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