一种涡扇发动机内外涵道型线设计方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN106682287A(43)申请公布日2017.05.17(21)申请号201611142993.1(22)申请日2016.12.08(71)申请人西北工业大学地址710072陕西省西安市碑林区友谊西路127号(72)发明人高丽敏邓卫敏蔡宇桐蔡明(51)Int.Cl.G06F17/50(2006.01)权利要求书5页说明书8页附图6页(54)发明名称一种涡扇发动机内外涵道型线设计方法(57)摘要本发明公开了一种涡扇发动机内外涵道型线设计方法，发明将内外涵道型线分为内涵轮毂、分流机匣下壁面、分流机匣前缘、分流机匣上壁和外涵机匣5段来设计。采用了贝塞尔曲线拟合内涵轮毂、分流机匣下壁面和分流机匣前缘型线。使用了直线拟合了外涵轮毂和分流机匣上壁面型线。相对于基于通流理论的传统设计方法，本发明通过控制分流环前缘位置建立涵道比和几何型线的直接联系，使得涵道比控制更加直观，添加了基于涵道比的分流机匣前缘位置的径向修正，使得分流机匣前缘位置更加匹配于实际工况；增加了具有两处弯曲位置的内涵道的设计方案，实现了弯曲位置的直接调控，增强了弯曲位置调整的灵活性和方向性，缩短了设计周期。CN106682287ACN106682287A权利要求书1/5页1.一种涡扇发动机内外涵道型线设计方法。其特征在于：包含以下步骤：步骤1，设置几何设计参数和性能设计参数。设计内外涵道型线，首先需要满足几何设计参数要求，几何设计参数有：外涵机匣进口端点P1的轴向坐标z1、径向坐标r1和几何角θ1，内涵轮毂进口端点P2的轴向坐标z2、径向坐标r2和几何角θ2，分流机匣下壁面出口端点P3的轴向坐标z3、径向坐标r3和几何角θ3，内涵轮毂出口端点P4的轴向坐标z4、径向坐标r4和几何角θ4。其次需要满足性能设计参数要求，性能设计参数有：涵道比B，涵道比为外涵质量流量与内涵质量流量之比。步骤2，设置自由设计参数。自由设计参数有：内涵轮毂壁面型线第3、4个控制点的无量纲轴向坐标其中分流机匣下壁面初始型线第3、4个控制点的无量纲轴向坐标其中内切点的无量纲轴向位置坐标MNT，MNT∈[0,0.8]。外涵道仰角θB。步骤3，计算内外涵道分界点P5的轴向坐标z5、径向坐标r5和几何角θ5。通过分界点的位置和几何角建立了涵道比与内外涵道型线之间的联系。分界点分离了内外涵道，因此外涵环形流道的进口面积和内涵环形流道进口面积之比为涵道比B。其中，外涵环形流道的外径等于r1、内径等于r5，内涵环形流道的外径为r5、内径为r2。步骤4,计算内涵流道型线控制点径向坐标和轴向坐标。内涵轮毂型线由3阶6点Bezier曲线法生成。通过调整第3、4个控制点的轴向位置实现了内涵轮毂型线弯曲位置的直接调整。内涵轮毂的6个控制点可以由内涵轮毂进口端点、出口端点和第3、4个控制点的无量纲轴向位置自由参数确定。每个控制点轴向坐标和径向坐标计算方法如下：1)内涵轮毂型线第1个控制点为内涵轮毂进口端点，轴向坐标为径向坐标为2)内涵轮毂型线第2个控制点为内涵轮毂进口端点的几何角控制点，轴向坐标为径向坐标为3)内涵轮毂型线第3个控制点为前半段弯曲位置控制点，轴向坐标为径向坐标为无量纲轴向坐标为4)内涵轮毂型线第4个控制点为后半段弯曲位置控制点，轴向坐标为径向坐标为2CN106682287A权利要求书2/5页无量纲轴向坐标为5)内涵轮毂型线第5个控制点为内涵轮毂出口端点几何角控制点，轴向坐标为径向坐标为6)内涵轮毂型线第6个控制点为内涵轮毂出口端点，轴向坐标为径向坐标为步骤5，计算分流机匣下壁面初始型线控制点径向坐标和轴向坐标。机匣下壁面初始型线由3阶6点Bezier曲线法生成。通过调整第3、4个控制点的轴向位置实现了分流机匣下壁面初始型线弯曲位置的直接调整。机匣下壁面初始型线的6个控制点由分界点、机匣下壁面出口端点和第3、4个控制点无量纲轴向位置自由参数确定出。每个控制点轴向坐标和径向坐标计算方法如下：1)分流机匣下壁面初始型线第1个控制点为分界点，轴向坐标为径向坐标为2)分流机匣下壁面初始型线第2个控制点为分界点的几何角控制点，轴向坐标为径向坐标为3)分流机匣下壁面初始型线第3个控制点为前半段弯曲位置控制点，轴向坐标为径向坐标为无量纲轴向坐标为4)分流机匣下壁面初始型线第4个控制点为自由控制点，轴向坐标为径向坐标为无量纲轴向坐标为5)分流机匣下壁面初始型线第5个控制点为分流机匣出口端点几何角控制点，轴向坐标为和，径向坐标为6)分流机匣下壁面初始型线第6个控制点为分流机匣下壁面出口端点，轴向坐标为径向坐标为3CN106682287A权利要求书3/5页步骤6，计算内涵轮毂型线数据点坐标。基于内涵轮毂型线的6个控制点，求解Bezier曲线方程，可以得到