CN114030636A - 一种前出轴发动机直升机进气道构型设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种前出轴发动机直升机进气道构型设计方法，包括确定基本设计要素、构建包裹动力输出轴的喇叭状虚拟外形曲面、构建主进气道虚拟曲面、裁剪虚拟外形曲面并对裁剪剩余的部分进行实体化，形成进气道内侧曲面；裁剪主进气道虚拟曲面并对裁剪剩余的部分进行实体化，形成进气道外侧曲面；在进气道内侧曲面、进气道外侧曲面之间建立曲面，曲面与进气道内侧曲面、进气道外侧曲面连接处切向连续；导入整流罩外形，整流罩外形与进气道外侧曲面进行倒角，形成最终的进气道构型。本发明提供的设计方法简单、快捷，已经成功应用到某大型运输直升机，有较大工程应用价值。

Description

一种前出轴发动机直升机进气道构型设计方法

技术领域

本发明涉及直升机总体设计领域，具体涉及一种前出轴发动机直升机进气道构型设计方法。

背景技术

直升机进气道连通发动机进气口与动力舱外部大气，供给发动机所需要的空气，进气道直接影响到发动机的工作效率，对发动机是否正常工作的重要部件，对直升机性能有重要作用。

前出轴发动机需从发动机进气口出伸出一根动力轴进入主减速器，传递发动机动力进入主减速器。发动机进气道需包裹住动力轴的同时还能够顺畅提供发动机进气，合理的进气道外形设计是满足发动机进气流量和流场要求，保证发动机正常工作的一个关键因素。

目前国内尚无此类进气道构型设计方法，主要通过测绘等手段来实现，不能满足新产品的设计需求。

发明内容

本发明的目的是提供一种前出轴发动机直升机进气道构型设计方法，形成前出轴发动机直升机进气道外形，为后续的结构设计提供基础。

为了实现上述任务，本发明采用以下技术方案：

一种前出轴发动机直升机进气道构型设计方法，包括以下步骤：

步骤1，确定基本设计要素，包括发动机动力输出轴、发动机进气口、发动机舱前防火墙和动力舱整流罩；

步骤2，构建包裹动力输出轴的喇叭状虚拟外形曲面，虚拟外形曲面包裹住动力输出轴，虚拟外形曲面的小端延伸至发动机，虚拟外形曲面的大端穿出防火墙上的进气口，虚拟外形曲面的大端应超出发动机动力输出轴的前端；

步骤3，构建主进气道虚拟曲面，主进气道虚拟曲面的首截面线为前防火墙上的进气口的外端面轮廓线，主进气道虚拟曲面的尾截面线为设计在整流罩上的圆角矩形；在首截面线和尾截面线之间设置4条平滑过渡的弧形引导线，基于此构建进气道主曲面；

步骤4，裁剪虚拟外形曲面并对裁剪剩余的部分进行实体化，形成进气道内侧曲面；

步骤5，裁剪主进气道虚拟曲面并对裁剪剩余的部分进行实体化，形成进气道外侧曲面；

步骤6，在进气道内侧曲面、进气道外侧曲面之间建立曲面，曲面与进气道内侧曲面、进气道外侧曲面连接处切向连续；

步骤7，导入整流罩外形，整流罩外形与进气道外侧曲面进行倒角，形成最终的进气道构型。

进一步地，所述前防火墙位于发动机舱的前端，动力输出轴一端穿过开设在前防火墙上的进气口与发动机动力输出连接，另一端连接主减速器输入端；发动机动力输出轴、发动机进气口；发动机舱前防火墙均被包裹在动力舱整流罩的内部。

进一步地，所述虚拟外形曲面与发动机动力输出轴之间至少有毫米的间隙。

进一步地，所述基于此构建进气道主曲面，包括：

4条引导线的首端、尾端在首截面线、尾截面线上均匀分布且位置相对，以首截面线、尾截面线和引导线构建进气道主曲面。

进一步地，尾截面线在整流罩上的选取原则为：

在保证4条引导线均为弧形平滑过渡的前提下，4条引导线的长度越短越好。

进一步地，所述裁剪虚拟外形曲面并对裁剪剩余的部分进行实体化，形成进气道内侧曲面，包括：

在虚拟外形曲面上构建曲线，曲线根部应为契形；曲线的根部位于动力输出轴上方且靠近前防火墙上的发动机进气口的内轮廓线，曲线的端部位于动力输出轴下前部，然后通过连接线连接根部、端部以构成曲线。

进一步地，曲线的根部靠近发动机进气口内轮廓线的间距不大于5mm；曲线的端部位于距离虚拟外形曲面与主进气道虚拟曲面相交线前端点向后10～20mm处。

进一步地，连接线自曲线根部开始，先向动力输出轴的侧前方延伸一段后，继而向前下方延伸到曲线的端部，然后向动力输出轴侧后方延伸后到达所述根部，以形成曲线，得到进气道内侧曲面。

进一步地，所述裁剪主进气道虚拟曲面并对裁剪剩余的部分进行实体化，形成进气道外侧曲面，包括：

在主进气道虚拟曲面上构建曲线，曲线的根部位于动力输出轴侧面且靠近前防火墙上的进气口的外轮廓线，间距不大于5mm；曲线的端部位于动力输出轴侧前方，然后连接根部、端部以构成曲线。

进一步地，曲线具体位于距离虚拟外形曲面与主进气道虚拟曲面相交线前端点向前10～20mm处。

进一步地，采用倒角的方法将进气道外侧曲面突出于整流罩外形外侧的部分去除，倒角半径为20～40毫米。

与现有技术相比，本发明具有以下技术特点：

本发明提供的直升机进气道构型设计方简单、快捷，已经成功应用到某大型运输直升机，有较大工程应用价值。

附图说明

图1为基本设计要素所包含的内容；

图2为建立喇叭状虚拟外形曲面的示意图；

图3为构建主进气道虚拟曲面的示意图；

图4的左图为裁剪虚拟外形曲面的示意图，右图为裁剪后的示意图；

图5的左图为裁剪主进气道虚拟曲面的示意图，右图为裁剪后的示意图；

图6的左图为进气道内侧曲面、外侧曲面的位置示意图，右图为在二者之间建立曲面的示意图；

图7的左图为导入整流罩外形示意图，右图为进气道外侧曲面进行倒角的示意图；

图8为最终形成的进气道构型的示意图；

图9为本发明在某民用直升机上的应用示例。

图中标号说明：1发动机动力输出轴，2发动机进气口，3发动机舱前防火墙，4动力舱整流罩，5虚拟外形曲面，6首截面线，7尾截面线，8、9、10、11弧形引导线，12进气道主曲面，13根部为楔形的曲线，14进气道内侧曲面，15曲线，16进气道外侧曲面，17曲面，18进气道构型。

具体实施方式

参见附图，本发明提供了一种前出轴发动机直升机进气道构型设计方法，包括以下步骤：

步骤1，确定基本设计要素，包括：发动机动力输出轴1、发动机进气口2；发动机舱前防火墙3；动力舱整流罩4；

前防火墙3位于发动机舱的前端，动力输出轴1一端穿过开设在前防火墙3上的进气口与发动机动力输出连接，另一端连接主减速器输入端；发动机动力输出轴1、发动机进气口2；发动机舱前防火墙3均被包裹在动力舱整流罩4的内部。

步骤2，构建包裹动力输出轴1的喇叭状虚拟外形曲面5：曲面应包裹住动力输出轴1，虚拟外形曲面5的小端延伸至发动机，虚拟外形曲面5的大端穿出防火墙3上的进气口，虚拟外形曲面5的大端应超出发动机动力输出轴1的前端，虚拟外形曲面5与发动机动力输出轴之间至少有35毫米的间隙；间隙主要考虑到结构厚度问题，为防除冰、电热丝等预留至少20mm的结构厚度；还要考虑与动力输出轴1的安全间隙不小于15mm；经综合考虑，所述间隙设置35mm。

步骤3，构建主进气道虚拟曲面12：曲面12的首截面线6为前防火墙3上的进气口的外端面轮廓线，曲面12的尾截面线7为设计在整流罩上的圆角矩形，其中，尾截面线7可以根据整流罩的外形来调节弧度和大小；在首截面线6和尾截面线7之间设置4条平滑过渡的弧形引导线(8，9，10，11)，4条引导线的首端、尾端在首截面线6、尾截面线7上均匀分布且位置相对，以首截面线6、尾截面线7和引导线8、9、10、11构建进气道主曲面12。

尾截面线7在整流罩上的选取原则为，在保证4条引导线均为弧形平滑过渡的前提下，4条引导线在保证光顺德前提下长度越短越好，使得进气道占用空间小，结构重量轻，有利于进气。

步骤4，裁剪虚拟外形曲面5并对裁剪剩余的部分进行实体化，形成进气道内侧曲面14，具体方法为：

在虚拟外形曲面5上构建曲线13，曲线13根部应为契形，楔形结构有利于进气，避免进气畸变；曲线13的根部位于动力输出轴1上方且靠近前防火墙3上的发动机进气口2的内轮廓线，间距不大于5mm；曲线13的端部位于动力输出轴1下前部，具体位于距离虚拟外形曲面5与主进气道虚拟曲面12相交线前端点向后10～20mm处；然后通过连接线连接根部、端部以构成曲线13；其中，连接线自曲线13根部开始，先向动力输出轴1的侧前方延伸一段后，继而向前下方延伸到曲线13的端部，然后向动力输出轴1侧后方延伸后到达所述根部，以形成曲线13，得到进气道内侧曲面14。

步骤5，裁剪主进气道虚拟曲面12并对裁剪剩余的部分进行实体化，形成进气道外侧曲面16，具体步骤为：

在主进气道虚拟曲面12上构建曲线15，曲线15的根部位于动力输出轴1侧面且靠近前防火墙3上的进气口的外轮廓线，间距不大于5mm；曲线15的端部位于动力输出轴1侧前方，具体位于距离虚拟外形曲面5与主进气道虚拟曲面12相交线前端点向前10～20mm处；然后连接根部、端部以构成曲线15。

步骤6，在进气道内侧曲面14、进气道外侧曲面16之间建立曲面17，曲面17与进气道内侧曲面14、进气道外侧曲面16连接处切向连续，使得连接部位应光顺、连续，不产生扭曲。

步骤7，导入整流罩外形4，整流罩外形4与进气道外侧曲面16进行倒角，采用倒角的方法将进气道外侧曲面16突出于整流罩外形4外侧的部分去除，倒角半径一般为20～40毫米，形成最终的进气道构型18。

实施例：

本发明方法在某民用直升机上的应用示例如图9所示，进气道内部采用楔形构型设计能有效避免了气流分离的发生，进气道压力畸变小，本发明提出的进气道构型总压损失小，能够满足发动机指标要求，已成功运用在某民用直升机上。

以上实施例仅用于说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行同等替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种前出轴发动机直升机进气道构型设计方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，确定基本设计要素，包括发动机动力输出轴(1)、发动机进气口(2)、发动机舱前防火墙(3)和动力舱整流罩(4)；

步骤2，构建包裹动力输出轴(1)的喇叭状虚拟外形曲面(5)，虚拟外形曲面包裹住动力输出轴(1)，虚拟外形曲面(5)的小端延伸至发动机，虚拟外形曲面(5)的大端穿出防火墙(3)上的进气口，虚拟外形曲面(5)的大端应超出发动机动力输出轴(1)的前端；

步骤3，构建主进气道虚拟曲面(12)，主进气道虚拟曲面(12)的首截面线(6)为前防火墙(3)上的进气口的外端面轮廓线，主进气道虚拟曲面(12)的尾截面线(7)为设计在整流罩上的圆角矩形；在首截面线(6)和尾截面线(7)之间设置(4)条平滑过渡的弧形引导线(8)，(9)，(10)，(11)，基于此构建进气道主曲面(12)；

步骤4，裁剪虚拟外形曲面(5)并对裁剪剩余的部分进行实体化，形成进气道内侧曲面(14)；

步骤5，裁剪主进气道虚拟曲面(12)并对裁剪剩余的部分进行实体化，形成进气道外侧曲面(16)；

步骤6，在进气道内侧曲面(14)、进气道外侧曲面(16)之间建立曲面(17)，曲面(17)与进气道内侧曲面(14)、进气道外侧曲面(16)连接处切向连续；

步骤7，导入整流罩外形(4)，整流罩外形(4)与进气道外侧曲面(16)进行倒角，形成最终的进气道构型(18)。

2.根据权利要求1所述的前出轴发动机直升机进气道构型设计方法，其特征在于，所述前防火墙(3)位于发动机舱的前端，动力输出轴(1)一端穿过开设在前防火墙(3)上的进气口与发动机动力输出连接，另一端连接主减速器输入端；发动机动力输出轴(1)、发动机进气口(2)；发动机舱前防火墙(3)均被包裹在动力舱整流罩(4)的内部。

3.根据权利要求1所述的前出轴发动机直升机进气道构型设计方法，其特征在于，所述基于此构建进气道主曲面(12)，包括：

4条引导线的首端、尾端在首截面线(6)、尾截面线(7)上均匀分布且位置相对，以首截面线(6)、尾截面线(7)和引导线(8)、(9)、(10)、(11)构建进气道主曲面(12)。

4.根据权利要求1所述的前出轴发动机直升机进气道构型设计方法，其特征在于，尾截面线(7)在整流罩上的选取原则为：

在保证4条引导线均为弧形平滑过渡的前提下，4条引导线的长度越短越好。

5.根据权利要求1所述的前出轴发动机直升机进气道构型设计方法，其特征在于，所述裁剪虚拟外形曲面(5)并对裁剪剩余的部分进行实体化，形成进气道内侧曲面(14)，包括：

在虚拟外形曲面(5)上构建曲线(13)，曲线(13)根部应为契形；曲线(13)的根部位于动力输出轴(1)上方且靠近前防火墙(3)上的发动机进气口(2)的内轮廓线，曲线(13)的端部位于动力输出轴(1)下前部，然后通过连接线连接根部、端部以构成曲线(13)。

6.根据权利要求5所述的前出轴发动机直升机进气道构型设计方法，其特征在于，曲线(13)的根部靠近发动机进气口(1)内轮廓线的间距不大于5mm；曲线(13)的端部位于距离虚拟外形曲面(5)与主进气道虚拟曲面(12)相交线前端点向后10～20mm处。

7.根据权利要求6所述的前出轴发动机直升机进气道构型设计方法，其特征在于，连接线自曲线(13)根部开始，先向动力输出轴(1)的侧前方延伸一段后，继而向前下方延伸到曲线(13)的端部，然后向动力输出轴(1)侧后方延伸后到达所述根部，以形成曲线(13)，得到进气道内侧曲面(14)。

8.根据权利要求1所述的前出轴发动机直升机进气道构型设计方法，其特征在于，所述裁剪主进气道虚拟曲面(12)并对裁剪剩余的部分进行实体化，形成进气道外侧曲面(16)，包括：

在主进气道虚拟曲面(12)上构建曲线(15)，曲线(15)的根部位于动力输出轴(1)侧面且靠近前防火墙(3)上的进气口的外轮廓线，间距不大于5mm；曲线(15)的端部位于动力输出轴(1)侧前方，然后连接根部、端部以构成曲线(15)。

9.根据权利要求8所述的前出轴发动机直升机进气道构型设计方法，其特征在于，曲线(15)具体位于距离虚拟外形曲面(5)与主进气道虚拟曲面(12)相交线前端点向前10～20mm处。

10.根据权利要求1所述的前出轴发动机直升机进气道构型设计方法，其特征在于，采用倒角的方法将进气道外侧曲面(16)突出于整流罩外形(4)外侧的部分去除，倒角半径为20～40毫米。

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