CN112580222B - 一种解决尾椎烧蚀问题的喷管改进方法及系统 - Google Patents

一种解决尾椎烧蚀问题的喷管改进方法及系统 Download PDF

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Abstract

本申请属于发动机设计技术领域，特别涉及一种解决尾椎烧蚀问题的喷管改进方法及系统。所述方法包括步骤S1、给定初始喷管出口半径R1；步骤S2、计算喉道与喷管出口的面积比；步骤S3、确定发动机喷管出口的马赫数；步骤S4、计算出发动机喷管出口静温；步骤S5、计算出发动机喷管出口静压比；步骤S6、计算发动机喷管的喷流扩张比；步骤S7、根据所述喷流扩张比确定喷流外边界，确定其是否与尾椎相交，若相交，则返回步骤S1，修改喷管出口半径R1，直至喷流外边界与尾椎不相交。本申请通过扩大喷管出口面积，降低喷管喷流边界膨胀角，使飞机尾椎处于喷流边界外，进而解决了发动机喷流烧蚀尾椎问题。

Description

一种解决尾椎烧蚀问题的喷管改进方法及系统
技术领域
本申请属于发动机设计技术领域，特别涉及一种解决尾椎烧蚀问题的喷管改进方法及系统。
背景技术
安装喷气发动机的现代飞机都存在后体受发动机高温喷流的温度场影响问题，设计过程中都要避免喷气发动机高温喷流对飞机机体特别是后体平尾、垂尾及尾椎等部件的烧蚀影响。发动机位置靠近机身的飞机在配装发动机设计过程中，忽略发动机喷流温度场对后体的影响，就可能发生飞机尾椎或后机身或平尾烧蚀的问题。
发明内容
为了解决上述技术问题，本申请提供了一种解决尾椎烧蚀问题的喷管改进方法及系统，通过优化设计，降低喷流热流边界影响范围，解决发动机靠近机身布局的飞机配装发动机时易出现机尾锥烧蚀的问题。
本申请第一方面提供了一种解决尾椎烧蚀问题的喷管改进方法，主要包括：
步骤S1、给定初始喷管出口半径R1；
步骤S2、获取发动机喉道半径，并计算喉道与喷管出口的面积比；
步骤S3、根据所述喉道与喷管出口的面积比确定发动机喷管出口的马赫数；
步骤S4、根据发动机喷流总温及喷管出口马赫数计算出发动机喷管出口静温；
步骤S5、根据喷管出口马赫数和落压比计算出发动机喷管出口静压比；
步骤S6、计算发动机喷管的喷流扩张比；
步骤S7、根据所述喷流扩张比确定喷流外边界，确定其是否与尾椎相交，若相交，则返回步骤S1，修改喷管出口半径R1，直至喷流外边界与尾椎不相交。
优选的是，步骤S4中，发动机喷流总温根据设计值获取。
优选的是，步骤S5中，所述落压比根据设计值获取。
本申请第二方面提供了一种解决尾椎烧蚀问题的喷管改进系统，主要包括：
喷管出口半径初始值设定模块，用于给定初始喷管出口半径R1；
面积比计算模块，用于获取发动机喉道半径，并计算喉道与喷管出口的面积比；
马赫数计算模块，用于根据所述喉道与喷管出口的面积比确定发动机喷管出口的马赫数；
发动机喷管出口静温计算模块，用于根据发动机喷流总温及喷管出口马赫数计算出发动机喷管出口静温；
发动机喷管出口静压比计算模块，用于根据喷管出口马赫数和落压比计算出发动机喷管出口静压比；
喷流扩张比计算模块，用于计算发动机喷管的喷流扩张比；
迭代模块，用于根据所述喷流扩张比确定喷流外边界，确定其是否与尾椎相交，若相交，则通过所述喷管出口半径初始值设定模块修改喷管出口半径R1，直至喷流外边界与尾椎不相交。
优选的是，所述发动机喷管出口静温计算模块中，发动机喷流总温根据设计值获取。
优选的是，所述发动机喷管出口静压比计算模块中，所述落压比根据设计值获取。
本申请通过扩大喷管出口面积，降低喷管喷流边界膨胀角，使飞机尾椎处于喷流边界外，进而解决发动机喷流烧蚀尾椎问题。
附图说明
图1是本申请解决尾椎烧蚀问题的喷管改进方法的流程图。
图2是本申请解决尾椎烧蚀问题的喷管改进方法的一优选实施例的改进前后喷管对比示意图。
其中，1-尾椎，2-改进前喷流边界，3-改进后喷流边界，4-改进后喷管内外形，5-改进前喷管内外形，6-喷管出口截面，7-喷管喉道截面。
具体实施方式
为使本申请实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施方式中的附图，对本申请实施方式中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施方式是本申请一部分实施方式，而不是全部的实施方式。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，旨在用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。基于本申请中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本申请保护的范围。下面结合附图对本申请的实施方式进行详细说明。
本申请第一方面提供了一种解决尾椎烧蚀问题的喷管改进方法，如图1所示，主要包括：
步骤S1、给定初始喷管出口半径R1；
步骤S2、获取发动机喉道半径，并计算喉道与喷管出口的面积比；
步骤S3、根据所述喉道与喷管出口的面积比确定发动机喷管出口的马赫数；
步骤S4、根据发动机喷流总温及喷管出口马赫数计算出发动机喷管出口静温；
步骤S5、根据喷管出口马赫数和落压比计算出发动机喷管出口静压比；
步骤S6、计算发动机喷管的喷流扩张比；
步骤S7、根据所述喷流扩张比确定喷流外边界，确定其是否与尾椎相交，若相交，则返回步骤S1，修改喷管出口半径R1，直至喷流外边界与尾椎不相交。
举例来说：
步骤1：实测某发动机第一轮设计喷管出口半径R1＝305mm；
步骤2：根据R1＝305mm和该发动机喉道半径＝280mm计算面积比为0.8428；
步骤3：根据发动机面积比计算发动机喷管出口M＝1.42；
步骤4：根据发动机喷流总温700K(设计值)、喷管出口M＝1.42计算出发动机喷管出口静温423K；
步骤5：根据喷管出口M＝1.42和落压比4.35(设计值)计算出发动机喷管出口静压比1.34；
步骤6：根据喷管出口静压比计算喷流扩张角16.7°，确定喷流外边界；
步骤7：若喷流外边界与尾椎相交，扩大喷管出口半径R1，返回步骤1进行迭代计算，直到喷流外边界与尾椎不相交。
改进前后的喷管对比示意图如图2所示。图2所示为某型飞机的一种喷管改进方案改进前后对比示意图，包括尾锥1、改进前喷流边界2、改进后喷流边界3、改进后喷管内外形4、改进前喷管内外型5、喷管出口截面6、喷管喉道截面7。
所述尾锥1为飞机尾部易被烧蚀的飞机部件，所述改进前喷流边界2为没有经过本方法改进前，发动机高温喷流的外边界，此外边界与尾锥1相交，引起尾锥1烧蚀问题。所述改进后喷流边界3为此方法改进喷流边界，此边界不与尾锥1相交，即解决尾椎1烧蚀问题。所述改进后喷管内外形4为此方法改进后的喷管内外型。所述改进前喷管内外形5为原引起尾椎1烧蚀问题的喷管内外型，其中，所述喷管出口截面6、喷管喉道截面7为沿喷管轴向的特征站位。
经本方法改进后喷管面积比为0.85，喷流边界与后机身尾椎不相交，不会发生烧蚀问题。
本申请第二方面提供了一种与上述方法对应的额解决尾椎烧蚀问题的喷管改进系统，主要包括：
喷管出口半径初始值设定模块，用于给定初始喷管出口半径R1；
面积比计算模块，用于获取发动机喉道半径，并计算喉道与喷管出口的面积比；
马赫数计算模块，用于根据所述喉道与喷管出口的面积比确定发动机喷管出口的马赫数；
发动机喷管出口静温计算模块，用于根据发动机喷流总温及喷管出口马赫数计算出发动机喷管出口静温；
发动机喷管出口静压比计算模块，用于根据喷管出口马赫数和落压比计算出发动机喷管出口静压比；
喷流扩张比计算模块，用于计算发动机喷管的喷流扩张比；
迭代模块，用于根据所述喷流扩张比确定喷流外边界，确定其是否与尾椎相交，若相交，则通过所述喷管出口半径初始值设定模块修改喷管出口半径R1，直至喷流外边界与尾椎不相交。
在一些可选实施方式中，所述发动机喷管出口静温计算模块中，发动机喷流总温根据设计值获取。
在一些可选实施方式中，所述发动机喷管出口静压比计算模块中，所述落压比根据设计值获取。
本申请通过扩大喷管出口面积，降低喷管喷流边界膨胀角，使飞机尾椎处于喷流边界外，进而解决发动机喷流烧蚀尾椎问题。
至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本申请的技术方案，领域内技术人员应该理解的是，本申请的保护范围显然不局限于这些具体实施方式，在不偏离本申请的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征作出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本申请的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种解决尾椎烧蚀问题的喷管改进方法，其特征在于，包括：
步骤S1、给定初始喷管出口半径R1；
步骤S2、获取发动机喉道半径，并计算喉道与喷管出口的面积比；
步骤S3、根据所述喉道与喷管出口的面积比确定发动机喷管出口的马赫数；
步骤S4、根据发动机喷流总温及喷管出口马赫数计算出发动机喷管出口静温；
步骤S5、根据喷管出口马赫数和落压比计算出发动机喷管出口静压比；
步骤S6、根据喷管出口静压比计算发动机喷管的喷流扩张角；
步骤S7、根据所述喷流扩张角确定喷流外边界，确定其是否与尾椎相交，若相交，则返回步骤S1，修改喷管出口半径R1，直至喷流外边界与尾椎不相交。
2.如权利要求1所述的解决尾椎烧蚀问题的喷管改进方法，其特征在于，步骤S4中，发动机喷流总温根据设计值获取。
3.如权利要求1所述的解决尾椎烧蚀问题的喷管改进方法，其特征在于，步骤S5中，所述落压比根据设计值获取。
4.一种解决尾椎烧蚀问题的喷管改进系统，其特征在于，包括：
喷管出口半径初始值设定模块，用于给定初始喷管出口半径R1；
面积比计算模块，用于获取发动机喉道半径，并计算喉道与喷管出口的面积比；
马赫数计算模块，用于根据所述喉道与喷管出口的面积比确定发动机喷管出口的马赫数；
发动机喷管出口静温计算模块，用于根据发动机喷流总温及喷管出口马赫数计算出发动机喷管出口静温；
发动机喷管出口静压比计算模块，用于根据喷管出口马赫数和落压比计算出发动机喷管出口静压比；
喷流扩张比计算模块，用于计算发动机喷管的喷流扩张比；
迭代模块，用于根据所述喷流扩张比确定喷流外边界，确定其是否与尾椎相交，若相交，则通过所述喷管出口半径初始值设定模块修改喷管出口半径R1，直至喷流外边界与尾椎不相交。
5.如权利要求4所述的解决尾椎烧蚀问题的喷管改进系统，其特征在于，所述发动机喷管出口静温计算模块中，发动机喷流总温根据设计值获取。
6.如权利要求4所述的解决尾椎烧蚀问题的喷管改进系统，其特征在于，所述发动机喷管出口静压比计算模块中，所述落压比根据设计值获取。
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