CN107590328B - 一种模拟进气道锤激波发生过程的爆破膜片选型计算方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种模拟进气道锤激波发生过程的爆破膜片选型计算方法，属于航空气动力技术领域。本发明针对不同厚度类型的膜片爆破形成的锤激波进行数值模拟，通过评估锤激波发生瞬间进气道出口位置的波前、波后压差，评估不同膜片对应的锤激波强度是否符合真实发动机导致的锤激波强度，从而优选出合适的膜片型号。本方法通用性良好，能够快速优选出符合进气道锤激波试验需求的膜片型号，并且其锤激波发生过程的相关计算数据也可以为锤激波载荷确定提供初步依据。
Description
技术领域
本发明涉及一种模拟进气道锤激波发生过程的爆破膜片选型计算方法。
背景技术
进气道锤激波是由发动机强喘或失速引起的，是进气道结构设计中的最大载荷。为了给飞机进气道结构设计提供最大载荷依据、降低飞机结构重量，必须开展锤激波造成的冲击载荷研究。一种试验方法的基本原理是采用某种默片，并将该膜片固定于进气道出口与高压供气管路之间，通过瞬时高压造成膜片破裂形成锤激波，其发生过程必须真实模拟发动机强喘或失速形成的锤激波强度。因此，开发针对膜片爆破过程形成锤激波的计算方法，开展膜片选型并最终确定膜片厚度型号，成为该类进气道锤激波试验能够正常进行的关键环节。
发明内容
基于以上不足之处，本发明提供一种模拟进气道锤激波发生过程的爆破膜片选型计算方法，优选出合适的膜片型号。
本发明所采用的技术如下：一种模拟进气道锤激波发生过程的爆破膜片选型计算方法，步骤如下：
步骤一、根据不同型号膜片的承压爆破极限，结合进气道内外流定常计算得到的出口静压数据，确定膜片爆破过程造成的压力变化模拟函数Pt：
式中，Pe为未安装膜片时进气道出口引导试验实测静压，单位为帕斯卡；t为膜片破裂的时间，0≤t≤3，单位为毫秒；C为9种不同膜片的承压值，C＝1.14、1.68、2.07、2.50、3.24、4.17、6.50、7.32、8.95；
步骤二、基于计算流体力学数值模拟技术，通过求解N-S方程获得进气道内外流定常计算数据；以定常计算数据结果为初场开展模拟进气道锤击波发生过程的非定常计算，此时进气道出口反压更改为非定常边界条件，该边界条件以9种不同膜片爆破模拟函数的计算代码为依据，计算流体力学非定常计算将获得模拟膜片爆破过程对进气道内流影响的非定常数据；分别提取9种膜片模拟函数得到的进气道压力计算数据，对膜片爆破过程中形成的逆进气道主流流动方向传播的压力间断面的前后压力进行分析，并对比相关真实发动机喘振或失速发生锤激波时的真实压力试验数据，确定具体何种膜片爆破能够模拟飞机进气道锤击波，从而将该膜片应用于以风洞及高压供气管路。
本发明的优点是：本方法通用性良好，能够快速优选出符合进气道锤激波试验需求的膜片型号，并且其锤激波发生过程的相关计算数据也可以为锤激波载荷确定提供初步依据。
附图说明
图1为本发明的爆破膜片选型计算方法流程图。
具体实施方式
下面根据说明书附图举例对本发明做进一步说明：
实施例1
如图1所示，一种模拟进气道锤激波发生过程的爆破膜片选型计算方法，步骤如下：
步骤一、根据不同型号膜片的承压爆破极限，结合进气道内外流定常计算得到的出口静压数据，确定膜片爆破过程造成的压力变化模拟函数Pt：
式中，Pe为未安装膜片时进气道出口引导试验实测静压，单位为帕斯卡；t为膜片破裂的时间，0≤t≤3，单位为毫秒；C为常数，为了得到不同膜片的C值进行了膜片承压极限试验，试验过程是将膜片安装于特定管道口，通过调压阀不断增加压力并最终使得膜片破裂，并记录该过程的压力值，项目组先后测试了9种膜片，最终确定C值分别为1.14、1.68、2.07、2.50、3.24、4.17、6.50、7.32、8.95。
步骤二、基于计算流体力学(CFD)数值模拟技术，通过求解N-S方程获得进气道内外流定常计算数据，笛卡儿坐标系下的RANS方程可写为以下形式：
和分别为无粘、有粘通量矩阵，为源项矢量。
以定常计算数据结果为初场开展模拟进气道锤击波发生过程的非定常计算，此时进气道出口反压更改为非定常边界条件，该边界条件以9种不同膜片爆破模拟函数的计算代码为依据，CFD非定常计算获得模拟膜片爆破过程对进气道内流影响的非定常数据，选取进气道内管道出口的锤击波波前、波后静压数据进行分析；分别提取9种膜片模拟函数得到的进气道计算数据，其中采用C值为3.24的膜片时，进气道内锤击波波前、波后静压比为3，锤击波逆主流方向、相对管道壁面的传播速度为322m/s，属于进气道锤击波的典型特征，美国开展的真实发动机喘振或失速导致的锤激波试验测量数据表明锤击波波前、波后静压比为3，因此确定C值为3.24的膜片就是能够模拟飞机进气道锤击波地面试验的合适膜片；其它C值分别为1.14、1.68、2.07、2.50、4.17、6.50、7.32、8.95的膜片，锤击波波前、波后静压比分别为0.9、1.4、1.8、2.3、3.9、6.2、7、8.5，不符合美国真实发动机锤击波试验波前、波后静压比为3要求，不能作为锤击波试验膜片。
通过开发的针对膜片爆破过程形成锤激波的计算方法，对9种膜片进行优选得到了C值为3.24的膜片完全满足进气道锤击波试验需求，该计算方法是开展以风洞及高压供气管路为基础、以膜片爆破模拟锤击波发生过程为核心、以动态传感器测量为手段的进气道地面锤激波试验的关键。
Claims (1)
1.一种模拟进气道锤激波发生过程的爆破膜片选型计算方法，其特征在于，步骤如下：
步骤一、根据不同型号膜片的承压爆破极限，结合进气道内外流定常计算得到的出口静压数据，确定膜片爆破过程造成的压力变化模拟函数Pt：
式中，Pe为未安装膜片时进气道出口引导试验实测静压，单位为帕斯卡；t为膜片破裂的时间，0≤t≤3，单位：毫秒；C为9种不同膜片的承压值，C＝1.14、1.68、2.07、2.50、3.24、4.17、6.50、7.32、8.95；
步骤二、基于计算流体力学数值模拟技术，通过求解N-S方程获得进气道内外流定常计算数据；以定常计算数据结果为初场开展模拟进气道锤击波发生过程的非定常计算，此时进气道出口反压更改为非定常边界条件，该边界条件以9种不同膜片爆破模拟函数的计算代码为依据，计算流体力学非定常计算将获得模拟膜片爆破过程对进气道内流影响的非定常数据；分别提取9种膜片模拟函数得到的进气道压力计算数据，对膜片爆破过程中形成的逆进气道主流流动方向传播的压力间断面的前后压力进行分析，并对比相关真实发动机喘振或失速发生锤激波时的真实压力试验数据，确定具体何种膜片爆破能够模拟飞机进气道锤击波，从而将该膜片应用于风洞及高压供气管路。
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Non-Patent Citations (1)
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|---|
| 飞机进气道锤击波载荷评估方法研究;朱宇 等;《航空发动机》;20150630;第41卷(第3期);第6-11页 * |
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