一种变循环发动机前涵道流路设计方法与流程

1.本技术属于变循环发动机前涵道流路设计技术领域，具体涉及一种变循环发动机前涵道流路设计方法。


背景技术：

2.与常规循环发动机相比，变循环发动机在核心机驱动风扇、高压压气机、外涵道之间增设前涵道，并在前涵道内部沿周向布置多个支板，以及在其前涵道出口部位设置阀门，如图1所示，通过对阀门开度的控制，调节驱动风扇、高压压气机间向外涵道的引气量，以此改变涵道比，使发动机能够高效的适配不同的飞行状态。
3.当前，在对变循环发动机前涵道进行设计时，多是关注其出口部位设置的阀门的结构设计，及其阀门调节机构的强度和功能，对前涵道气动性能的关注较少，多存在前涵道流路设计不恰当，致使前涵道损失大，阀门空行程长度过长，阀门特性不合理的情形。
4.鉴于上述技术缺陷的存在提出本技术。
5.需注意的是，以上背景技术内容的公开仅用于辅助理解本发明的发明构思及技术方案，其并不必然属于本专利申请的现有技术，在没有明确的证据表明上述内容在本技术的申请日已经公开的情况下，上述背景技术不应当用于评价本技术的新颖性和创造性。


技术实现要素：

6.本技术的目的是提供一种变循环发动机前涵道流路设计方法，以克服或减轻已知存在的至少一方面的技术缺陷。
7.本技术的技术方案是：
8.一种变循环发动机前涵道流路设计方法，包括：
9.取前涵道内壁面与发动机轴线夹角α在30
°
～60
°
之间；
10.根据前涵道最大流量指标、前涵道内允许的最大马赫数，计算得到前涵道内最小流通面积a；
11.取支板最大厚度位置截面气动面积c＝max(a，b)，其中，b为前涵道出口气动面积调节范围的指标要求；
12.确定前涵道出口气动面积d，满足b≤d≤c；
13.根据强度要求，确定前涵道支板叶型和支板个数，以及支板在前涵道内的位置，得到支板前﹑尾缘与前涵道内壁面交点沿垂线到发动机轴线的距离r支板进口1﹑r支板出口1，沿气动截面子午线到发动机轴线的距离m支板进口1﹑m支板出口1；
14.根据支板叶型﹑r支板进口1﹑r支板出口1﹑m支板进口1﹑m支板出口1进而计算得到支板最大厚度位置与前涵道内壁面交点沿垂线到发动机轴线的距离r支板max1，沿气动截面子午线到发动机轴线的距离m支板max1；
15.基于c、r支板max1、m支板max1，计算得到支板最大厚度位置与前涵道外壁面交点沿垂线到发动机轴线的距离r支板max2，沿气动截面子午线到发动机轴线的距离m支板
max2；
16.计算得到支板最大厚度位置气动截面子午线长度h＝支板max2-m支板max1，进而确定支板最大厚度位置与前涵道外壁面的交点；
17.基于d，计算得到阀门与前涵道外壁面交点沿垂线到发动机轴线的距离r2、阀门与前涵道外壁面交点沿气动截面子午线到发动机轴线的距离m2；
18.计算得到前涵道出口气动截面子午线长度k＝m2-m1，进而得到前涵道出口气动截面与前涵道外壁面的交点；
19.基于支板最大厚度位置与前涵道外壁面的交点、前涵道出口气动截面与前涵道外壁面的交点，确定前涵道外壁面。
20.根据本技术的至少一个实施例，上述的变循环发动机前涵道流路设计方法中，α＝30
°
～60
°
。
21.根据本技术的至少一个实施例，上述的变循环发动机前涵道流路设计方法中，在c＝b时，取d＝b；
22.在c＝a时，取b≤d≤a。
23.本技术至少存在以下有益技术效果：
24.提供一种变循环发动机前涵道流路设计方法，通过控制前涵道沿程典型截面面积变化规律，进行前涵道流路设计的方法，在满足指标前涵道出口面积指标要求、保证前涵道内不发生堵塞现象的前提下，从减小前涵道内部流动损失和实现合理的前涵道引射器阀门特性出发，根据典型截面气动面积和内壁面流路反算典型截面子午线长度，进而确定外壁面流路，可以形成较为合理的前涵道沿程截面面积变化规律，减小前涵道内的流动损失和前涵道阀门的空行程长度，得到合理出口阀门特性。
附图说明
25.图1是本技术实施例提供的变循环发动机的局部示意图；
26.图2-图5是本技术实施例提供的循环发动机前涵道流路设计尺寸位置标记示意图。
27.为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸，此外，附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制。
具体实施方式
28.为使本技术的技术方案及其优点更加清楚，下面将结合附图对本技术的技术方案作进一步清楚、完整的详细描述，可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅是本技术的部分实施例，其仅用于解释本技术，而非对本技术的限定。需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本技术相关的部分，其他相关部分可参考通常设计，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的技术特征可以相互组合以得到新的实施例。
29.此外，除非另有定义，本技术描述中所使用的技术术语或者科学术语应当为本技术所属领域内一般技术人员所理解的通常含义。本技术描述中所使用的“上”、“下”、“左”、“右”、“中心”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等表示方位的词语仅用以表示相对的方向或者位置关系，而非暗示装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，当被描述对
象的绝对位置发生改变后，其相对位置关系也可能发生相应的改变，因此不能理解为对本技术的限制。本技术描述中所使用的“第一”、“第二”、“第三”以及类似用语，仅用于描述目的，用以区分不同的组成部分，而不能够将其理解为指示或暗示相对重要性。本技术描述中所使用的“一个”、“一”或者“该”等类似词语，不应理解为对数量的绝对限制，而应理解为存在至少一个。本技术描述中所使用的“包括”或者“包含”等类似词语意指出现在该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。
30.此外，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，在本技术的描述中使用的“安装”、“相连”、“连接”等类似词语应做广义理解，例如，连接可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通，领域内技术人员可根据具体情况理解其在本技术中的具体含义。
31.下面结合附图1至图4对本技术做进一步详细说明。
32.在前涵道引射器阀门全开状态下，其出口最大长度l如图2所示，该出口长度沿发动机轴线旋转360
°
所形成的环形面积为前涵道出口最大几何面积s，计算如下：
33.s＝2*π*r2*l
……
(1)
34.其中，
35.r2是前涵道引射器阀门的径向高度。
36.气动面积与几何面积不同，通常认为气动面积是垂直气流流动方向的面积。
37.假设前涵道内气流流动方向平行于前涵道内壁面，将前涵道出口处、垂直气流流动方向的截面面积定义为前涵道出口气动面积t，通过计算两个椎体侧面积之差得到：
38.t＝π*r2*m2-π*r1*m1
……
(2)
39.其中，
40.r1为小椎体的底面半径，是气动面积截面子午线与前涵道内壁面交点的径向高度；
41.r2为大椎体的底面半径，是前涵道引射器阀门的径向高度；
42.m1和m2分别是两个椎体的母线，通过将气动截面子午线延长，与发动机轴线相交得到。
43.图2、公式(2)描述的是前涵道全开状态下对应的气动面积，即前涵道出口最大可用气动面积，当前涵道开度减小时，m2采用阀门关闭后的位置，即可得到对应开度下的实际气动面积，对公式(2)进行推广可以用来计算前涵道内任一气动截面面积。
44.基于上述假设，椎体底面半径r、椎体母线m和前涵道内壁面与水平线夹角α满足如下关系：
45.r＝m*cos(α)
……
(3)
46.支板在前涵道内沿周向布置，导致支板所在截面的可用气动面积减小，支板最大厚度位置，前涵道气动面积被支板堵塞最多，可将支板最大厚度位置截面作为一个典型特征截面，该截面的气动面积计算方法如下：
47.tmax’＝tmax-n*x
……
(4)
48.tmax＝π*r支板max2*m支板max2
[0049]-π*r支板max1*m支板max1
……
(5)
[0050]
x＝i*h＝i*(m支板max2-m支板max1)
……
(6)
[0051]
其中，
[0052]
tmax’为支板最大厚度截面位置去除支板的气动面积；
[0053]
tmax为支板最大厚度截面位置包含支板的面积；
[0054]
n为支板个数；
[0055]
x为支板最大厚度截面面积，i为支板最大厚度，h为支板最大厚度位置截面子午线长度。
[0056]
r支板max1、m支板max1、r支板max2、m支板max2分别为支板最大厚度位置截面与前涵道内、外壁面的交点对应的距离。
[0057]
基于以上设定，本技术公开的循环发动机前涵道流路设计方法，可参照以下进行实施：
[0058]
前涵道内壁面的流路设计通常受高压压气机机匣结构设计因素的限制，综合考虑气动性能、结构设计需求、发动机尺寸限制等因素，取前涵道内壁面与水平线夹角α在30
°
～60
°
，通常可取45
°
。
[0059]
在内壁面流路已经确定的情况下，外壁面的流路设计则直接决定了前涵道内各截面的面积变化规律，可根据各典型截面气动面积和内壁面流路反算各典型截面子午线长度，进而确定外壁面流路，具体如下：
[0060]
根据前涵道最大流量指标和前涵道内允许的最大马赫数，根据流量公式计算得到前涵道内最小流通面积a；
[0061]
根据前涵道出口气动面积调节需求，将前涵道出口气动面积调节范围的指标要求b，与a进行比较，取两者中的较大值作为支板最大厚度位置截面气动面积c，即c＝max(a，b)；
[0062]
确定前涵道出口气动面积d，满足b≤d≤c，若c＝b，d＝b，即前涵道出口面积与支板最大厚度位置面积相同；若c＝a，则b≤d≤a，即前涵道出口面积小于支板最大厚度位置面积；
[0063]
根据强度要求，确定前涵道支板叶型和支板个数，以及支板在前涵道内的位置(r支板进口1﹑r支板出口1﹑m支板进口1﹑m支板出口1)，进而得到支板最大厚度位置与前涵道内壁面的交点(r支板max1和m支板max1)。
[0064]
根据支板最大厚度位置截面气动面积c和公式(3)、(4)、(5)、(6)，计算得到r支板max2和m支板max2；
[0065]
并根据h＝m支板max2-m支板max1，计算得到支板最大厚度位置截面子午线长度h，进而确定支板最大厚度位置与前涵道外壁面的交点。
[0066]
根据前涵道出口气动面积d和公式(2)、(3)，计算得到r2和m2，并根据k＝m2-m1计算得到前涵道出口气动截面子午线长度k，进而确定前涵道出口气动截面与前涵道外壁面的交点。
[0067]
两个子午线长度h、k，确定外涵道支板最大厚度位置截面到出口截面外壁面流路，并通过延长线确定进口截面外壁面流路，得到前涵道出口长度l。
[0068]
说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实
施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
[0069]
至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本技术的技术方案，领域内技术人员应该理解的是，本技术的保护范围显然不局限于这些具体实施方式，在不偏离本技术的原理的前提下，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技术的保护范围之内。