CN114491874B - 一种二元喷管进口压力及载荷的快速分析方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种二元喷管进口压力及载荷的快速分析方法，首先通过CFD计算喷管壁面载荷数据库；然后通过响应面法和/或神经网络法建立对壁面载荷数据库的求解模型、通过对运动机构的传力分析建立作动筒载荷（通过作动筒腔压及面积计算）相对于喷管壁面载荷的求解模型；再次建立反向分析的模型，获取喷管进口压力，并通过喷管进口压力计算出喷管的A8调节板壁面载荷和A9调节板壁面载荷；最后通过该压力和喷管其他结构和气动参数，获取构件载荷。本发明的快速分析方法是以较小的代价，快速分析喷管进口压力和构件载荷，同时还可与试验的其他测试参数进行对比，以验证经本发明分析方法计算的试验结果的有效性。

Description

一种二元喷管进口压力及载荷的快速分析方法

技术领域

本发明属于航空发动机领域，涉及喷管气动结构设计技术，具体为一种二元喷管进口压力及载荷的快速分析方法。

背景技术

燃气涡轮发动机喷管是飞机推进系统的重要部件，喷管的性能和强度对发动机的推力、油耗量和使用安全有较大的影响，喷管设计时喷管进口压力（也可称之为喷管进口总压）是喷管性能设计不可或缺的输入参数，结构载荷是喷管强度设计不可或缺的输入参数，因此需要准确的获取喷管进口压力及其及结构载荷。

目前，喷管进口压力是通过检测装置直接检测获得的，例如：通过设置总压测试探针测定喷管进口压力，虽然测定结果比较准确，但是其不但会增加结构设计难度，还会影响喷管主流流场而降低喷管性能。

同时，喷管结构载荷是经采用上述方法测量的喷管进口压力推算的，在推算过程一般会进行CFD计算，具有耗时长、无法即时获得喷管结构载荷的问题。

发明内容

为了降低喷管性能和强度设计时喷管进口压力和结构载荷获取的难度，降低检测结构设计的复杂度，避免影响喷管主流流场而降低喷管性能，提高获取喷管结构载荷的即时性，本发明设计了一种二元喷管进口压力及载荷的快速分析方法。

实现发明目的的技术方案如下：一种二元喷管进口压力及载荷的快速分析方法，包括以下步骤：

S1、定义喷管壁面载荷分析的输入参数,建立喷管壁面载荷数据库；

S2、建立A8调节板壁面载荷对输入参数的第一求解模型，A9调节板壁面载荷对输入参数的第二求解模型；

S3、建立A9调节板对A8调节板的力矩的第三求解模型、A8作动筒载荷对A8调节板壁面载荷的第四求解模型、A9作动筒载荷对A9调节板壁面载荷的第五求解模型、A8作动筒载荷与输入参数间的第六求解模型、A9作动筒载荷与输入参数间的第七求解模型；

S4、计算新工况下喷管进口压力；

S401、初次给予喷管进口压力范围P _{t7_min} ~P _{t7_max} ；

S402、获取A8调节板的作动筒有杆腔的腔压及面积、作动筒无杆腔的腔压及面积，计算A8作动筒载荷F ₈ ；获取A9调节板的作动筒有杆腔的腔压及面积、作动筒无杆腔的腔压及面积，计算A9作动筒载荷F ₉ ；

S403、在P _{t7_min} ~P _{t7_max} 范围内采用第六求解模型计算A8作动筒载荷F´ ₈ ，寻找一个喷管进口压力P _t7i ，使得函数F=F ₈ -F´ ₈ 的绝对值最小，则寻找的喷管进口压力P _t7i 即为喷管进口压力；

S5、依据新工况的输入参数，采用第一求解模型计算该新工况下A8调节板壁面载荷，采用第二求解模型计算该新工况下A9调节板壁面载荷。

本发明通二元喷管进口压力及载荷的快速分析方法的原理是：预先计算建立喷管作动筒载荷对喷管气动参数、结构参数的求解模型，针对新工况下获得的作动筒参数，计算出该工况的作动筒载荷，通过上述求解模型反向推算出喷管进口压力，并基于该压力分析出喷管载荷。本发明设计的方法不需要设计喷管进口压力检测的装置，通过作动筒的参数以及由输入参数等形成的求解模型（求解模型中包含二元喷管喉道半高H _A8 、矢量角δ、面积比A ₉/A ₈以及喷管运动机构参数、流道型面参数等）直接计算出喷管进口压力以及载荷，可以避免压力测量结构设计成本，也可以避免压力测量结构对喷管主流流场造成影响而降低喷管性能的问题。

进一步的，上述步骤S1中，喷管壁面载荷数据库建立方法，包括：

S101、定义喷管壁面载荷分析的输入参数，并获取输入参数的变化范围；

S102、对已知工况进行CFD计算，获得该已知工况的喷管壁面载荷，即形成喷管壁面载荷数据库。

更进一步的，上述输入参数包括气动输入参数、结构输入参数，气动输入参数包括喷管进口总压P _t7 、喷管进口总温T _t7 ，结构输入参数包括喉道半高H _A8 、面积比A ₉/A ₈、矢量角δ。

上述喷管壁面载荷包括A8调节板的气动力F _A8 、A8调节板的气动力矩M _A8 、A9调节板的气动力F _A9 、A9调节板的气动力矩M _A9 。

进一步的，步骤S3中，基于A9调节板的气动力矩M _A9 、结构输入参数、A9运动机构参数、喷管流道型面参数，建立A9调节板相对于A8调节板的力矩M ₉₁ 的第三求解模型。

基于A9调节板对A8调节板的力矩M ₉₁ 、A8调节板的气动力矩M _A8 、喉道半高H _A8 、A8运动机构参数、喷管流道型面参数，建立A8作动筒载荷相对于A8调节板壁面载荷的第四求解模型。

基于基于A9调节板的气动力矩M _A9 、结构输入参数、A9运动机构参数、喷管流道型面参数，建立A9作动筒载荷相对于A9调节板壁面载荷的第五求解模型。

基于A8运动机构参数、喷管流道型面参数、喷管进口总压P _t7 、结构输入参数，建立A8作动筒载荷相对于喷管进口总压P _t7 和结构输入参数的第六求解模型。

基于A9运动机构参数、喷管流道型面参数、喷管进口总压P _t7 、结构输入参数，建立A9作动筒载荷相对于喷管进口总压P _t7 和结构输入参数的第七求解模型。

进一步的，上述步骤S2中，第一求解模型采用响应面法或神经网络法建立，第二求解模型采用神经网络法建立。

进一步的，上述步骤S403中，在找出喷管进口压力P _t7i 后，还包括对喷管进口压力P _t7i 进行判断及修改，即：

S404、依据第七求解模型，采用喷管进口压力P _t7i 计算A9作动筒载荷F _9i _ _sim ；

S405、比较步骤S404中F _9i _ _sim 与S402中A9作动筒载荷F ₉ 的符号；

若两者符号一致，则判断喷管进口压力P _t7i 即为喷管进口压力；

若两者不一致，则修改S401中P _{t7_min} 或P _{t7_max} 值，并重复步骤S403重新寻找喷管进口压力P _t7i ，直至步骤S404中F _9i _ _sim 与S402中A9作动筒载荷F ₉ 的符号一致。

更进一步的，上述步骤S404中，若F _9i _ _sim 为负，且A9作动筒载荷F ₉ 的为正，则将P _{t7_min} 修改为P _t7i +△P，并重复步骤S403重新寻找喷管进口压力P _t7i ，直至步骤S404中F _9i _ _sim 与S402中A9作动筒载荷F ₉ 的符号一致；

若F _9i _ _sim 为正，且A9作动筒载荷F ₉ 为负，则将P _{t7_max} 修改为P _t7i -△P，并重复步骤S403重新寻找喷管进口压力P _t7i ，直至步骤S404中F _9i _ _sim 与S402中A9作动筒载荷F ₉ 的符号一致。

在本发明的一个改进实施例中，上述步骤S2中，建立第一求解模型和第二求解模型前，还包括对步骤S1中输入参数和喷管壁面载荷进行无量纲化处理。

进一步的，上述输入参数和喷管壁面载荷的无量纲化处理方法为：

依据公式

、

对A8调节板的气动力F _A8 和A8调节板的气动力矩M _A8 进行无量纲化处理；

依据公式

、

对A9调节板的气动力F _A9 和A9调节板的气动力矩M _A9 进行无量纲化处理；

依据公式

对喷管进口总压P _t7进行无量纲化处理；

依据公式

对喉道半高H _A8进行无量纲化处理；

依据公式

对矢量角δ进行无量纲化处理；

依据公式

对面积比A ₉/A ₈进行无量纲化处理。

其中，B表示流道宽度，P ₀ 表示环境压力，L ₈ 表示A8调节板长度，L ₉ 表示A9调节板长度，A ₉ /A ₈ _ideal为理想面积比，定义无量化符号为“_wu”。

更进一步的，上述A ₉ /A ₈ _ideal依照公式：

，

，

，

，R=287.06计算获得。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1.本发明喷管进口压力及载荷的计算，是通过作动筒腔压及面积来预测的，是以较小的代价分析出喷管进口总压，具有成本低和操作简单方便，可用于喷管气动、传热、结构、强度等方面工作的快速迭代的优点。

2.本发明的方法可以与试验中其他测试参数进行相互对比，以确认试验结果有效性，例如根据喷管进口压力P _t7i 计算出A9作动筒载荷F _9i _ _sim ，然后将计算获得的F _9i _ _sim 的至与实际获得的A9作动筒载荷F ₉ 进行比较，以判断和修正喷管进口压力P _t7i 值，从而确保喷管进口压力的准确性。

3.针对A9调节板上由复杂波系引起的壁面压力变化复杂，本发明采用了经大量样本训练后神经网络建立第二求解模型以预测壁面载荷，大大提高了预测的精度。

4.本发明在建立求解模型前，对输入参数和喷管壁面载荷均进行了无量纲处理，其能够使得建立的求解模型可推广至其他大气环境、其他流道结构参数的二元喷管中。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍。

图1为本发明二元喷管进口压力及载荷的快速分析方法的流程图；

图2为具体实施方式中喷管进口压力及载荷的求解流程图；

图3为具体实施方式示例中采用响应面法建立第一求解模型的拟合的多项式系数；

图4为具体实施方式示例中已知工况的喷管进口压力采用实施例1中的方法计算的预测结果与喷管进口压力原始数据表；

图5为具体实施方式示例中已知工况的喷管进口压力采用实施例1中的方法计算的预测结果与喷管进口压力原始数据的对比图。

具体实施方式

下面结合具体实施例来进一步描述本发明，本发明的优点和特点将会随着描述而更为清楚。但这些实施例仅是范例性的，并不对本发明的范围构成任何限制。本领域技术人员应该理解的是，在不偏离本发明的精神和范围下可以对本发明技术方案的细节和形式进行修改或替换，但这些修改和替换均落入本发明的保护范围内。

实施例1：

本实施例提供了一种二元喷管进口压力及载荷的快速分析方法，请参图1所示，二元喷管进口压力及载荷的快速分析方法，包括以下步骤：

S1、定义喷管壁面载荷分析的输入参数,建立喷管壁面载荷数据库。

在本步骤中，喷管壁面载荷数据库建立方法，包括：

S101、定义喷管壁面载荷分析的输入参数，并获取输入参数的变化范围。

其中，用于喷管壁面载荷分析的输入参数的变化范围，是依据发动机的速度高度特性及矢量包线，对喷管的气动输入参数和结构输入分析获取的。气动输入参数包括喷管进口总压P _t7 、喷管进口总温T _t7 ，结构输入参数包括喉道半高H _A8 、面积比A ₉ /A ₈ 、矢量角δ。

S102、对已知工况进行CFD计算，获得该已知工况的喷管壁面载荷，即形成喷管壁面载荷数据库。

在此需要说明的是，在形成喷管壁面载荷数据库时，需要对输入参数的变化步长进行设定，根据所设定的变化步长生成大量的样本库，其中面积比A₉/A₈需要在喷管完全膨胀面积比附近进行加密处理。

本步骤建立的喷管壁面载荷数据库中，喷管壁面载荷包括上侧A8调节板的气动力F _A8up 、上侧A8调节板的气动力矩M _A8up 、下侧A8调节板的气动力F _A8down 、下侧A8调节板的气动力矩M _A8down 、上侧A9调节板的气动力F _A9up 、上侧A9调节板的气动力矩M _A9up 、下侧A9调节板的气动力F _A9down 、下侧A9调节板的气动力矩M _A9down 。由于A8调节板和A9调节板都包括上侧调节板和下侧调节板，且上侧调节板与下侧调节板对称设置的，因此上侧调节板与下侧调节板所承受的载荷基本对称，因此下文描述中不区分上侧调节板和下侧调节板，将喷管壁面载荷简化为：A8调节板的气动力F _A8 、A8调节板的气动力矩M _A8 、A9调节板的气动力F _A9 、A9调节板的气动力矩M _A9 。

S2、建立A8调节板壁面载荷对输入参数的第一求解模型，A9调节板壁面载荷对输入参数的第二求解模型。

在本步骤中，第一求解模型采用响应面法或神经网络法建立，同时由于A8调节板上波系简单，其壁面压力变化简单，因此A8调节板壁面载荷的第一求解模型择优选择采用响应面法建立，其第一求解模型中多元二次回归方程同时包含常数项、线性项、交叉项和平方项，应用最小二乘法求解多项式的各系数值。第一求解模型表达式为：

；

，根据喷管各个工况的输入参数，可以通过第一求解模型快速获取A8调节板壁面载荷。

在本步骤中，第二求解模型采用神经网络法建立，具体为在训练神经网络前，按照非加力工况和加力工况将喷管壁面载荷数据库划分为第一样本库、第二样本库，再将每个样本库拆分出训练样本库和测试样本库，将输入参数和输出参数分别进行归一化处理，然后采用广义回归神经网络对训练样本库进行训练，训练时采用多组径向基函数的光滑参数，采用训练完成的神经网络对测试样本库的载荷进行预测，选取预测误差最小的径向基函数的光滑参数。

建立的第二求解模型的表达式为：

；

，根据喷管各个工况的输入参数，可以通过第二求解模型快速获取A9调节板壁面载荷。

S3、建立A9调节板对A8调节板的力矩的第三求解模型、A8作动筒载荷对A8调节板壁面载荷的第四求解模型、A9作动筒载荷对A9调节板壁面载荷的第五求解模型、A8作动筒载荷与输入参数间的第六求解模型、A9作动筒载荷与输入参数间的第七求解模型。

在本步骤中，上述第三求解模型至第七求解模型的建立方法为：

S301、基于A9调节板的气动力矩M _A9 、结构输入参数、A9运动机构参数、喷管流道型面参数，建立A9调节板相对于A8调节板的力矩M ₉₁ 的第三求解模型。

具体的，第三求解模型的建立步骤为：根据L ₈ ,L ₉ ,X _a ,Y _a ...以及H ₈ ,A ₉ /A ₈ 以及δ建立喷管流道型面，根据L _gx1 ,L _gx2 ,X _e,Y _e...分析出A9调节板受运动构件的作用力的方向和位置，以A9调节板为研究对象建立力平衡方程，求解A9调节板对A8调节板的力，根据几何位置关系求解力臂，最后求解A9调节板对A8调节板的力矩M ₉₁，第三求解模型的表达式为：M ₉₁ =f(M _A9 ,H ₈ ,δ,A ₉ /A ₈ ,L _gx1 ,L _gx2 ,X _e ,Y _e ...,L ₈ ,L ₉ ,X _a ,Y _a ...)。

S302、基于A9调节板对A8调节板的力矩M ₉₁ 、A8调节板的气动力矩M _A8 、喉道半高H _A8 、A8运动机构参数、喷管流道型面参数，建立A8作动筒载荷相对于A8调节板壁面载荷的第四求解模型。

具体的，第四求解模型的建立步骤为：根据L ₈ ,L ₉ ,X _a ,Y _a ..以及H ₈ 建立该工况的喷管流道型面，然后根据L _gx1 ',L _gx2 ',X _e ',Y _e '...等求解该工况各传力路线的力臂，根据力矩平衡方程，求解出A8作动筒载荷，第四求解模型的表达式为：F ₈ =f(M ₉₁ ,M _A8 ,H ₈ ,L _gx1 ',L _gx2',X _e ',Y _e '..., L ₈ ,L ₉ ,X _a ,Y _a ...)。

S303、基于基于A9调节板的气动力矩M _A9 、结构输入参数、A9运动机构参数、喷管流道型面参数，建立A9作动筒载荷相对于A9调节板壁面载荷的第五求解模型。

具体的，第五求解模型的建立步骤与第四求解模型的基本相同，第五求解模型的表达式为：F ₉ = f(M _A9 ,H ₈ ,δ,A ₉ /A ₈ ,L _gx1 ,L _gx2 ,X _e ,Y _e ...,L ₈ ,L ₉ ,X _a ,Y _a ...)。

S304、基于A8运动机构参数、喷管流道型面参数、喷管进口总压P _t7、结构输入参数，建立A8作动筒载荷相对于喷管进口总压P _t7和结构输入参数的第六求解模型。

具体的，第六求解模型是联合第一求解模型中M_A8、第二求解模型中M_A9、第三求解模型中M₉₁、第四求解模型中F₈获取的，其表达式为：

。

S305、基于A9运动机构参数、喷管流道型面参数、喷管进口总压P _t7 、结构输入参数，建立A9作动筒载荷相对于喷管进口总压P _t7 和结构输入参数的第七求解模型。

具体的，第七求解模型的建立步骤与第六求解模型的基本相同，第七求解模型的表达式为：

。

上述第三求解模型至第七求解模型中，A9运动机构参数包括L _gx1 、L _gx2 、X _e、Y _e、...等描述A9运动机构的几何尺寸和铰点坐标参数；A8运动机构参数包括L _gx1 '、L _gx2 '、X _e '、Y _e '、...等描述A8运动机构的几何尺寸和铰点坐标参数；喷管流道型面参数包括L ₈ 、L ₉ 、X _a 、Y _a 、...等描述流道型面的几何尺寸和坐标参数。

S4、计算新工况下喷管进口压力；

S401、初次给予喷管进口压力范围P _{t7_min} ~P _{t7_max} ；

S402、获取A8调节板的作动筒有杆腔的腔压及面积、作动筒无杆腔的腔压及面积，计算A8作动筒载荷F ₈ ；获取A9调节板的作动筒有杆腔的腔压及面积、作动筒无杆腔的腔压及面积，计算A9作动筒载荷F ₉ ；

S403、在P _{t7_min} ~P _{t7_max} 范围内采用第六求解模型计算A8作动筒载荷F´ ₈ ，寻找一个喷管进口压力P _t7i ，使得函数F=F ₈ -F´ ₈ 的绝对值最小，则寻找的喷管进口压力P _t7i 即为喷管进口压力。

S5、依据新工况的输入参数，采用第一求解模型计算该新工况下A8调节板壁面载荷，采用第二求解模型计算该新工况下A9调节板壁面载荷。

本发明通二元喷管进口压力及载荷的快速分析方法的原理是：预先计算建立喷管作动筒载荷对喷管气动参数、结构参数的求解模型，针对新工况下获得的作动筒参数，计算出该工况的作动筒载荷，通过上述求解模型反向推算出喷管进口压力，并基于该压力分析出喷管载荷。本发明设计的方法不需要设计喷管进口压力检测的装置，通过作动筒的参数以及由输入参数等形成的求解模型（求解模型中包含二元喷管喉道半高H _A8 、矢量角δ、面积比A ₉/A ₈以及喷管运动机构参数、流道型面参数等）直接计算出喷管进口压力以及载荷，可以避免压力测量结构设计成本，也可以避免压力测量结构对喷管主流流场造成影响而降低喷管性能的问题。

实施例2：

作为对实施例1的改进，为了确保建立的第一求解模型、第二求解模型、第六求解模型、第七求解模型的通用性，在建立第一求解模型和第二求解模型前，本实施例采用环境压力和喷管流道结构参数对步骤S1中输入参数和喷管壁面载荷进行无量纲化处理。

具体的，输入参数和喷管壁面载荷的无量纲化处理方法为：

1.依据公式

、

对A8调节板的气动力F _A8 和A8调节板的气动力矩M _A8 进行无量纲化处理。

2.依据公式

、

对A9调节板的气动力F _A9 和A9调节板的气动力矩M _A9 进行无量纲化处理。

3.依据公式

对喷管进口总压P _t7 进行无量纲化处理。

4.依据公式

对喉道半高H _A8进行无量纲化处理。

5.依据公式

对矢量角δ进行无量纲化处理。

6.依据公式

对面积比A ₉/A ₈进行无量纲化处理。

其中，B表示流道宽度，P ₀ 表示环境压力，L ₈ 表示A8调节板长度，L ₉ 表示A9调节板长度，A ₉ /A ₈ _ideal为理想面积比，“_wu”表示无量化。

更进一步的，上述A ₉ /A ₈ _ideal依照公式：

，

，

，

，R=287.06计算获得。

实施例1中，使用无量纲化处理后的输入参数和喷管壁面载荷建立的第一求解模型、第二求解模型、第六求解模型、第七求解模型的表达式为：

第一求解模型表达式：

；

。

第二求解模型表达式：

；

。

第六求解模型表达式：

。

第七求解模型表达式：

。

实施例3：

实施例1中，通过步骤S401至S403计算出喷管进口压力，即喷管进口压力P _t7i 后，为了验证喷管进口压力P _t7i 的真实性及合理性，本实施例对实例进行改进，即通过以下步骤S404至S405对喷管进口压力P _t7i 进行判断及修改。

具体的，喷管进口压力P _t7i 判断及修改的方法为：

S404、依据第七求解模型，采用喷管进口压力P _t7i 计算A9作动筒载荷F _9i _ _sim ；

S405、比较步骤S404中F _9i _ _sim 与S402中A9作动筒载荷F ₉ 的符号；

若两者符号一致，则判断喷管进口压力P _t7i 即为喷管进口压力；

若两者不一致，则修改S401中P _{t7_min} 或P _{t7_max} 值，并重复步骤S403重新寻找喷管进口压力P _t7i ，直至步骤S404中F _9i _ _sim 与S402中A9作动筒载荷F ₉ 的符号一致。

更进一步的，喷管进口压力P _t7i ，的修正方法为：步骤S404中，若F _9i _ _sim 为负，且A9作动筒载荷F ₉ 的为正，则将P _{t7_min} 修改为P _t7i +△P，并重复步骤S403重新寻找喷管进口压力P _t7i ，直至步骤S404中F _9i _ _sim 与S402中A9作动筒载荷F ₉ 的符号一致；

若F _9i _ _sim 为正，且A9作动筒载荷F ₉ 为负，则将P _{t7_max} 修改为P _t7i -△P，并重复步骤S403重新寻找喷管进口压力P _t7i ，直至步骤S404中F _9i _ _sim 与S402中A9作动筒载荷F ₉ 的符号一致。

通过以下示例对上述实施例的二元喷管进口压力及载荷的快速分析方法进行验证，参见图2所示，在本示例中，获得某已知工况下进口总温T _t7 、喉道面积、矢量角δ、面积比A ₉/A ₈，A8作动筒的有杆腔及无杆腔的腔压和面积、A9作动筒的有杆腔及无杆腔的腔压和面积，根据上述已知数据计算喷管进口压力及载荷，并将计算的结果（及预测结果）与实际数据（即原始数据）进行比对。

步骤1、建立喷管壁面载荷数据库

步骤1.1、获取已知工况下气动输入参数喷管进口总压P _t7 、喷管进口总温T _t7 ，以及结构输入参数喉道半高H ₈ 、面积比A ₉ /A ₈ 、矢量角δ的变化范围样本的变化范围，本步骤中生成的样本有1900个。

步骤1.2、对已知工况的喷管进口总压P _t7 、喷管进口总温T _t7 、喉道半高H ₈ 、面积比A ₉/A ₈、矢量角δ开展CFD计算，提取壁面载荷。壁面载荷包括上侧A8调节板的气动力F _A8up 、上侧A8调节板的气动力矩M _A8up 、下侧A8调节板的气动力F _A8down 、下侧A8调节板的气动力矩M _A8down 、上侧A9调节板的气动力F _A9up 、上侧A9调节板的气动力矩M _A9up 、下侧A9调节板的气动力F _A9down 、下侧A9调节板的气动力矩M _A9down 。

由于上侧A8调节板与下侧A8调节板是对称设置的，且上侧A9调节板与下侧A9节板也是对称设置的，可以认为上侧A8调节板和下侧A8调节板的壁面载荷基本对称，上侧A9调节板和下侧A9调节板的壁面载荷基本对称，因此，下述避免载荷计算时，将上侧A8调节板与下侧A8调节板统称为A8调节板，将上侧A9调节板与下侧A9调节板统称为A9调节板。

步骤2、建立喷管壁面载荷对输入参数的求解模型

步骤2.1、建立求解模型前，为了确保建立的求解模型的通用性，先对壁面载荷和输入参数进行无量纲化处理，无量纲化处理参见实施例2中的方法，在此不再对其进行详细说明。

步骤2.2、采用响应面法建立A8调节板壁面载荷对输入参数的第一求解模型，采用网络神经发建立A9调节板壁面载荷对输入参数的第二求解模型。

本步骤中，A8调节板的多项式系数参见图3所示，A9调节板神经网络模型径向基函数的光滑参数的取值为0.2。

第一求解模型表达式：

；

。

第二求解模型表达式：

；

。

步骤3、建立喷管A8作动筒载荷对工况输入参数的求解模型

求解模型包括A9调节板对A8调节板的力矩的第三求解模型、A8作动筒载荷对A8喷管壁面气动载荷的第四求解模型、A9作动筒载荷对A9喷管壁面气动载荷的第五求解模型、A8作动筒载荷与输入参数间的第六求解模型、A9作动筒载荷与输入参数间的第七求解模型。上述求解模型的建立方法参见实施例1和实施例3中的方法，在此不再对其进行详细说明。

第三求解模型的表达式为：

M ₉₁ =f(M _A9 ,H ₈ ,δ,A ₉ /A ₈ ,L _gx1 ,L _gx2 ,X _e,Y _e...,L ₈ ,L ₉ ,X _a ,Y _a ...)。

第四求解模型的表达式为：

F ₈ =f(M ₉₁ ,M _A8 ,H ₈ ,L _gx1 ',L _gx2',X _e ',Y _e '..., L ₈ ,L ₉ ,X _a ,Y _a ...)。

第五求解模型的表达式为：

F ₉ = f(M _A9 ,H ₈ ,δ,A ₉ /A ₈ ,L _gx1 ,L _gx2 ,X _e,Y _e...,L ₈ ,L ₉ ,X _a ,Y _a ...)。

第六求解模型表达式：

。

第七求解模型表达式：

。

步骤4、求解该工况下喷管进口压力

步骤4.1、初步给定所需获取的喷管进口压力P _t7 的范围为P _{t7_min} ~P _{t7_max} ；

步骤4.2、依据A8作动筒有杆腔及无杆腔的腔压和面积换算出A8作动筒载荷F ₈ ；

步骤4.3、在P _{t7_min} ~P _{t7_max} 范围内采用第六求解模型计算出A8作动筒载荷F´ ₈ ，寻找一个喷管进口压力P _t7i ，使得函数F=F ₈ -F´ ₈ 的绝对值最小，则寻找的喷管进口压力P _t7i 即为喷管进口压力。

经步骤4计算后，将经上述方法计算的该工况下喷管进口压力的预测结果与原始数据进行比较（参见附图4和附图5所示），由附图5可知经本方法计算的喷管进口压力与该工况喷管进口压力的原始数据较为吻合。

步骤5、喷管载荷计算，包括A8调节板和A9调节板的壁面载荷和运动机构载荷。

经步骤4计算出该工况下喷管进口压力后，该新工况的各个输入参数均为已知的，此时采用第一求解模型和第二求解模型可计算出A8调节板壁面载荷和A9调节板壁面载荷，A8调节板和A9调节板运动机构载荷可以根据其壁面载荷采用现有通用的方法的计算获得，在此不再对其详细说明。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (7)

1.一种二元喷管进口压力及载荷的快速分析方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、定义喷管壁面载荷分析的输入参数,建立喷管壁面载荷数据库；

S2、建立A8调节板壁面载荷对输入参数的第一求解模型，A9调节板壁面载荷对输入参数的第二求解模型；

S3、建立A9调节板对A8调节板的力矩的第三求解模型、A8作动筒载荷对A8调节板壁面载荷的第四求解模型、A9作动筒载荷对A9调节板壁面载荷的第五求解模型、A8作动筒载荷与输入参数间的第六求解模型、A9作动筒载荷与输入参数间的第七求解模型；

S4、计算新工况下喷管进口压力；

S401、初次给予喷管进口压力范围P _{t7_min} ~P _{t7_max} ；

S402、获取A8调节板的作动筒有杆腔的腔压及面积、作动筒无杆腔的腔压及面积，计算A8作动筒载荷F ₈ ；获取A9调节板的作动筒有杆腔的腔压及面积、作动筒无杆腔的腔压及面积，计算A9作动筒载荷F ₉ ；

S403、在P _{t7_min} ~P _{t7_max} 范围内采用第六求解模型计算A8作动筒载荷F´ ₈ ，寻找一个喷管进口压力P _t7i ，使得函数F=F ₈ -F´ ₈ 的绝对值最小，则寻找的喷管进口压力P _t7i 即为喷管进口压力；

S5、依据新工况的输入参数，采用第一求解模型计算该新工况下A8调节板壁面载荷，采用第二求解模型计算该新工况下A9调节板壁面载荷；

步骤S2中，第一求解模型采用响应面法或神经网络法建立，第二求解模型采用神经网络法建立；

步骤S3中，基于A9调节板的气动力矩M _A9 、结构输入参数、A9运动机构参数、喷管流道型面参数，建立A9调节板相对于A8调节板的力矩M ₉₁ 的第三求解模型；基于A9调节板对A8调节板的力矩M ₉₁ 、A8调节板的气动力矩M _A8 、喉道半高H _A8 、A8运动机构参数、喷管流道型面参数，建立A8作动筒载荷相对于A8调节板壁面载荷的第四求解模型；基于A9调节板的气动力矩M _A9 、结构输入参数、A9运动机构参数、喷管流道型面参数，建立A9作动筒载荷相对于A9调节板壁面载荷的第五求解模型；基于A8运动机构参数、喷管流道型面参数、喷管进口总压P _t7 、结构输入参数，建立A8作动筒载荷相对于喷管进口总压P _t7 和结构输入参数的第六求解模型；基于A9运动机构参数、喷管流道型面参数、喷管进口总压P _t7 、结构输入参数，建立A9作动筒载荷相对于喷管进口总压P _t7 和结构输入参数的第七求解模型。

2.根据权利要求1所述的快速分析方法，其特征在于，步骤S1中，喷管壁面载荷数据库建立方法，包括：

S101、定义喷管壁面载荷分析的输入参数，并获取输入参数的变化范围；

S102、对已知工况进行CFD计算，获得该已知工况的喷管壁面载荷，即形成喷管壁面载荷数据库。

3.根据权利要求2所述的快速分析方法，其特征在于，所述输入参数包括气动输入参数、结构输入参数，气动输入参数包括喷管进口总压P _t7 、喷管进口总温T _t7 ，结构输入参数包括喉道半高H _A8 、面积比A ₉ /A ₈ 、矢量角δ；

所述喷管壁面载荷包括A8调节板的气动力F _A8 、A8调节板的气动力矩M _A8 、A9调节板的气动力F _A9 、A9调节板的气动力矩M _A9 。

4.根据权利要求1所述的快速分析方法，其特征在于，步骤S403中，在找出喷管进口压力P _t7i 后，还包括对喷管进口压力P _t7i 进行判断及修改，即：

S404、依据第七求解模型，采用喷管进口压力P _t7i ，计算A9作动筒载荷F _9i _ _sim ；

S405、比较步骤S404中F _9i _ _sim 与S402中A9作动筒载荷F ₉ 的符号；

若两者符号一致，则判断喷管进口压力P _t7i 即为喷管进口压力；

若两者不一致，则修改S401中P _{t7_min} 或P _{t7_max} 值，并重复步骤S403重新寻找喷管进口压力P _t7i ，直至步骤S404中F _9i _ _sim 与S402中A9作动筒载荷F ₉ 的符号一致。

5.根据权利要求4所述的快速分析方法，其特征在于，步骤S404中，若F _9i _ _sim 为负，且A9作动筒载荷F ₉ 的为正，则将P _{t7_min} 修改为P _t7i +△P，并重复步骤S403重新寻找喷管进口压力P _t7i ，直至步骤S404中F _9i _ _sim 与S402中A9作动筒载荷F ₉ 的符号一致；

若F _9i _ _sim 为正，且A9作动筒载荷F ₉ 为负，则将P _{t7_max} 修改为P _t7i -△P，并重复步骤S403重新寻找喷管进口压力P _t7i ，直至步骤S404中F _9i _ _sim 与S402中A9作动筒载荷F ₉ 的符号一致。

6.根据权利要求3~5任一项所述的快速分析方法，其特征在于，步骤S2中，建立第一求解模型和第二求解模型前，还包括对步骤S1中输入参数和喷管壁面载荷进行无量纲化处理。

7.根据权利要求6所述的快速分析方法，其特征在于，输入参数和喷管壁面载荷的无量纲化处理方法为：

依据公式

、

对A8调节板的气动力F _A8 和A8调节板的气动力矩M _A8 进行无量纲化处理；

依据公式

、

对A9调节板的气动力F _A9 和A9调节板的气动力矩M _A9 进行无量纲化处理；

依据公式

对喷管进口总压P _t7 进行无量纲化处理；

依据公式

对喉道半高H _A8 进行无量纲化处理；

依据公式

对矢量角δ进行无量纲化处理；

依据公式

对面积比A ₉/A ₈进行无量纲化处理；

其中，B表示流道宽度，P ₀ 表示环境压力，L ₈ 表示A8调节板长度，L ₉ 表示A9调节板长度，A ₉ / A ₈ _ideal为理想面积比，定义无量化符号为“_wu”。

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