一種航空發(fā)動機(jī)外涵系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及航空發(fā)動機(jī)外涵設(shè)計(jì)領(lǐng)域，具體涉及一種航空發(fā)動機(jī)外涵系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]航空渦輪風(fēng)扇發(fā)動機(jī)的外涵系統(tǒng)主要包括:外涵機(jī)匣、內(nèi)涵機(jī)匣、外涵道內(nèi)各管路、電纜、拉桿等結(jié)構(gòu)。
[0003]從外涵系統(tǒng)的功能上來說，外涵機(jī)匣與內(nèi)涵機(jī)匣形成外涵流路，保證氣流低損失的通過；內(nèi)/外涵機(jī)匣為發(fā)動機(jī)的各個(gè)附件、管路、電纜、電嘴等外部零件提供結(jié)構(gòu)支撐，保證各個(gè)管路、電纜、電嘴能夠可靠的通過外涵流路。一般渦輪風(fēng)扇發(fā)動機(jī)外涵系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，將固定在內(nèi)涵機(jī)匣之上的作動筒傳動桿、管路、電纜、電嘴等零件分別直接的穿越外涵流路和外涵機(jī)匣，連接到發(fā)動機(jī)外涵機(jī)匣的外側(cè)附件上。上述各涵道內(nèi)零件分別穿越外涵流路的方法，會給外涵氣流帶來較大的流動損失，降低發(fā)動機(jī)的推力，無法滿足外涵系統(tǒng)的性能設(shè)計(jì)要求。另外，各種零件無序的穿越外涵流道，會改變外涵氣流流場的均勻性，影響外涵后側(cè)的加力燃燒室的冷卻，造成局部燒蝕。
[0004]但是，目前沒有能夠準(zhǔn)確判斷外涵氣流帶來的流動損失，對發(fā)動機(jī)推力影響程度的方法，也沒有能夠準(zhǔn)確判斷涵道內(nèi)各個(gè)零件單獨(dú)造成的氣流流動損失大小的方法，使得外涵系統(tǒng)的改進(jìn)設(shè)計(jì)盲目而沒有針對性，難以滿足系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是提供一種航空發(fā)動機(jī)外涵系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，以解決航空發(fā)動機(jī)外涵系統(tǒng)設(shè)計(jì)難以滿足系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求的問題。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)方案是:
[0007]一種航空發(fā)動機(jī)外涵系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，包括如下步驟:
[0008]步驟一、建立發(fā)動機(jī)外涵流道全三維模型，針對所述全三維模型進(jìn)行外涵道氣流流動全三維計(jì)算，獲得所述外涵流道的優(yōu)化前的總壓損失系數(shù)；
[0009]步驟二、在所述外涵流道的總壓損失系數(shù)不能滿足系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求時(shí)，對所述發(fā)動機(jī)外涵流道內(nèi)所有影響所述外涵氣流流動的構(gòu)件進(jìn)行逐個(gè)全三維計(jì)算；
[0010]步驟三、根據(jù)所有影響所述外涵氣流流動的結(jié)構(gòu)進(jìn)行逐個(gè)全三維計(jì)算結(jié)果，分析得到對所述外涵氣流流動影響最大的構(gòu)件；
[0011]步驟四、將所述外涵氣流流動影響最大的構(gòu)件的布局進(jìn)行重新規(guī)劃；
[0012]步驟五、再將經(jīng)過重新規(guī)劃后的發(fā)動機(jī)外涵流道建立全三維模型(UG軟件)，獲得重新規(guī)劃后的所述外涵流道的優(yōu)化后的壓損失系數(shù)，并判斷所述優(yōu)化后的壓損失系數(shù)是否滿足系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求；滿足系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求，則完成設(shè)計(jì)；否則，重復(fù)步驟四至步驟五。
[0013]優(yōu)選地，所述步驟二中，所有影響所述外涵氣流流動的構(gòu)件包括管路、電纜、電嘴以及傳動桿。
[0014]優(yōu)選地，所述外涵氣流流動影響最大的構(gòu)件包括管路和電纜。
[0015]優(yōu)選地，在所述步驟四中包括:
[0016]將至少兩條管路或至少兩條電纜進(jìn)行集束，將集束后的管路或電纜從內(nèi)涵集中穿越外涵流路，再采用葉形盒包裹在集束后管路或電纜外側(cè)，以完成外涵氣流流動影響最大的構(gòu)件的重新布局；其中，所述葉形盒外形采用流線型設(shè)計(jì)。
[0017]本發(fā)明的有益效果:
[0018]本發(fā)明的航空發(fā)動機(jī)外涵系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法中，能夠在外涵流道的總壓損失系數(shù)不能滿足系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求時(shí)，對發(fā)動機(jī)外涵流道內(nèi)所有影響外涵氣流流動的構(gòu)件進(jìn)行逐個(gè)全三維計(jì)算，得到對外涵氣流流動影響最大的構(gòu)件，并將外涵氣流流動影響最大的構(gòu)件的布局進(jìn)行重新規(guī)劃，減低氣流流動損失，最終使得外涵流道的總壓損失系數(shù)滿足系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求；本發(fā)明的設(shè)計(jì)方法操作簡單，針對性強(qiáng)，能夠大幅度提高外涵系統(tǒng)設(shè)計(jì)效率。
【附圖說明】
[0019]圖1是本發(fā)明航空發(fā)動機(jī)外涵系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020]這里將詳細(xì)地對示例性實(shí)施例進(jìn)行說明，其示例表示在附圖中。
[0021]如圖1所示，本發(fā)明提供的一種航空發(fā)動機(jī)外涵系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，包括如下步驟:
[0022]步驟一、建立發(fā)動機(jī)外涵流道全三維模型，針對全三維模型進(jìn)行外涵道氣流流動全三維計(jì)算，獲得所述外涵流道的優(yōu)化前的總壓損失系數(shù)。其中，全三維模型的建立可以采用多種已知的軟件，此處優(yōu)選為UG軟件，同樣，進(jìn)行全三維計(jì)算也可以采用多種已知的軟件，此處優(yōu)選為Ansys軟件；上述軟件的具體建模和計(jì)算過程此處不再贅述。
[0023]另外，在發(fā)動機(jī)外涵流道中包括由內(nèi)涵直接穿越外涵流道的管路、電纜、電嘴以及傳動桿等部件。
[0024]步驟二、判斷全三維計(jì)算得到的總壓損失系數(shù)是否滿足系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求(性能要求)，通常外涵系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，其總壓損失系數(shù)要求在0.95以上，即氣流損失要小于百分之五；當(dāng)外涵流道的總壓損失系數(shù)不能滿足系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求時(shí)，對發(fā)動機(jī)外涵流道內(nèi)所有影響外涵氣流流動的構(gòu)件進(jìn)行逐個(gè)全三維計(jì)算。其中，所有影響外涵氣流流動的構(gòu)件即上述發(fā)動機(jī)外涵流道中包括的管路、電纜、電嘴以及傳動桿等部件。
[0025]步驟三、根據(jù)上述所有影響外涵氣流流動的結(jié)構(gòu)進(jìn)行逐個(gè)全三維計(jì)算結(jié)果，分析(通過全三維計(jì)算)得到對外涵氣流流動影響最大的構(gòu)件。
[0026]進(jìn)一步，根據(jù)不同的發(fā)動機(jī)類型不同，對外涵氣流流動影響最大的構(gòu)件也不同；本實(shí)施例中，在對某新型渦輪風(fēng)扇發(fā)動機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)，經(jīng)過外涵道的空氣流量大幅增加，通過對外涵系統(tǒng)的全三維流動計(jì)算，計(jì)算結(jié)果表明，各內(nèi)涵管路、電纜等零件直接穿越外涵道，將給外涵氣流帶來較大的壓力損失，嚴(yán)重的影響發(fā)動機(jī)總推力，原有的設(shè)計(jì)方法無法滿足外涵系統(tǒng)的性能設(shè)計(jì)要求，也即是在本實(shí)施例中，對外涵氣流流動影響最大的構(gòu)件包括管路和電纜。
[0027]步驟四、將外涵氣流流動影響最大的構(gòu)件的布局進(jìn)行重新規(guī)劃，即對上述實(shí)施例中的管路和電纜布局進(jìn)行重新規(guī)劃。
[0028]重新規(guī)劃的方式可以有多種，例如改變位置、改變形狀等。本實(shí)施例中，首先是將至少兩條管路或至少兩條電纜進(jìn)行集束(扎成一條)，集束后的管路或電纜從內(nèi)涵集中穿越外涵流路，再采用葉形盒(或叫整流罩)在集束后管路或電纜外側(cè)，以完成外涵氣流流動影響最大的構(gòu)件的重新布局。其中，葉形盒內(nèi)管路或電纜的數(shù)量、葉形盒分布位置及葉形盒大小，均可以根據(jù)各管路、電纜具體功能和空間位置連接要求進(jìn)行適合的選擇。本實(shí)施例中，優(yōu)選為將兩條管路或兩條電纜進(jìn)行集束，再采用葉形盒包裹，一方面能夠減小管路或電纜對氣流的損失，同時(shí)，有能夠控制葉形盒的體積，從而避免葉形盒本身對氣流造成損失。
[0029]同樣，葉形盒外形是根據(jù)外涵氣流流動方向進(jìn)行流線型設(shè)計(jì)，以減小其安裝在涵道中對氣流造成的損失，同時(shí)，葉形盒的設(shè)計(jì)還能夠改善外涵氣流流場。
[0030]步驟五、再將經(jīng)過重新規(guī)劃后的發(fā)動機(jī)外涵流道建立全三維模型，獲得重新規(guī)劃后的外涵流道的優(yōu)化后的壓損失系數(shù)；
[0031]進(jìn)一步，判斷優(yōu)化后的壓損失系數(shù)是否滿足系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求；如果滿足系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求，則完成設(shè)計(jì)；否則，重復(fù)步驟四至步驟五。
[0032]本發(fā)明的航空發(fā)動機(jī)外涵系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法能夠同時(shí)兼顧外涵系統(tǒng)的流阻損失、流場均勻性和穿越外涵流道各管路電纜的功能，保證外涵系統(tǒng)能夠滿足性能要求，并且，本發(fā)明的航空發(fā)動機(jī)外涵系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法實(shí)施方便，適用于各種中小涵道比渦輪風(fēng)扇發(fā)動機(jī)產(chǎn)品。
[0033]以上所述，僅為本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)以所述權(quán)利要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種航空發(fā)動機(jī)外涵系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，其特征在于，包括如下步驟: 步驟一、建立發(fā)動機(jī)外涵流道全三維模型，針對所述全三維模型進(jìn)行外涵道氣流流動全三維計(jì)算，獲得所述外涵流道的優(yōu)化前的總壓損失系數(shù)； 步驟二、在所述外涵流道的總壓損失系數(shù)不能滿足系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求時(shí)，對所述發(fā)動機(jī)外涵流道內(nèi)所有影響所述外涵氣流流動的構(gòu)件進(jìn)行逐個(gè)全三維計(jì)算； 步驟三、根據(jù)所有影響所述外涵氣流流動的結(jié)構(gòu)進(jìn)行逐個(gè)全三維計(jì)算結(jié)果，分析得到對所述外涵氣流流動影響最大的構(gòu)件； 步驟四、將所述外涵氣流流動影響最大的構(gòu)件的布局進(jìn)行重新規(guī)劃； 步驟五、再將經(jīng)過重新規(guī)劃后的發(fā)動機(jī)外涵流道建立全三維模型，獲得重新規(guī)劃后的所述外涵流道的優(yōu)化后的壓損失系數(shù)，并判斷所述優(yōu)化后的壓損失系數(shù)是否滿足系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求；滿足系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求，則完成設(shè)計(jì)；否則，重復(fù)步驟四至步驟五。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的航空發(fā)動機(jī)外涵系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，其特征在于，所述步驟二中，所有影響所述外涵氣流流動的構(gòu)件包括管路、電纜、電嘴以及傳動桿。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的航空發(fā)動機(jī)外涵系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，其特征在于，所述外涵氣流流動影響最大的構(gòu)件包括管路和電纜。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的航空發(fā)動機(jī)外涵系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，其特征在于，在所述步驟四中包括: 將至少兩條管路或至少兩條電纜進(jìn)行集束，將集束后的管路或電纜從內(nèi)涵集中穿越外涵流路，再采用葉形盒包裹在集束后管路或電纜外側(cè)，以完成外涵氣流流動影響最大的構(gòu)件的重新布局；其中，所述葉形盒外形采用流線型設(shè)計(jì)。
【專利摘要】本發(fā)明涉及航空發(fā)動機(jī)外涵設(shè)計(jì)領(lǐng)域，具體涉及一種航空發(fā)動機(jī)外涵系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，以解決航空發(fā)動機(jī)外涵系統(tǒng)設(shè)計(jì)難以滿足系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求的問題。設(shè)計(jì)方法包括如下步驟：獲得外涵流道的優(yōu)化前的總壓損失系數(shù)；在外涵流道的總壓損失系數(shù)不能滿足系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求時(shí)，對發(fā)動機(jī)外涵流道內(nèi)所有影響外涵氣流流動的構(gòu)件進(jìn)行逐個(gè)全三維計(jì)算；得到對外涵氣流流動影響最大的構(gòu)件；將外涵氣流流動影響最大的構(gòu)件的布局進(jìn)行重新規(guī)劃；獲取并判斷優(yōu)化后的壓損失系數(shù)是否滿足系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求；滿足系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求，則完成設(shè)計(jì)；否則，重復(fù)上述。本發(fā)明的航空發(fā)動機(jī)外涵系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法操作簡單，針對性強(qiáng)，能夠大幅度提高外涵系統(tǒng)設(shè)計(jì)效率。
【IPC分類】G06F17/50
【公開號】CN105117561
【申請?zhí)枴緾N201510586990
【發(fā)明人】劉旭陽, 徐雪, 張德志, 田大可, 懷時(shí)衛(wèi)
【申請人】中國航空工業(yè)集團(tuán)公司沈陽發(fā)動機(jī)設(shè)計(jì)研究所
【公開日】2015年12月2日
【申請日】2015年9月16日