[发明专利]一种多外涵涡扇发动机掺混过程平衡方程建模方法

说明书

本申请属于发动机设计技术领域，涉及一种多外涵涡扇发动机掺混过程平衡方程建模方法，所述方法包括：步骤S1、根据模式选择机构的打开程度将掺混过程分为多段；步骤S2、根据内流静压、外流静压、风扇总压以及核心机驱动风扇总压构建当量静压比π，不同当量静压比对应步骤S1的不同阶段；步骤S3、构建所述内外流的流量比B与当量静压比π及模式选择机构的几何参数K之间的第一函数关系；步骤S4、通过所述流量比B修正多外涵涡扇发动机掺混过程的内流与外流的流量平衡方程。本申请建立的流量平衡方程，用于发动机整机方程组的求解能够在发动机总体性能计算过程中，能够更精准的模拟包括回流过程和不同流量比总压比的掺混过程。

技术领域

本申请属于发动机设计技术领域，特别涉及一种多外涵涡扇发动机掺混过程平衡方程建模方法。

背景技术

未来先进航空发动机要满足多种任务需求，变得越来越复杂，具有多个涵道的变循环发动机成为未来航空发动机的发展方向之一，以美国变循环发动机为代表最显著的特征是带有模式选择机构和核心机驱动风扇，同时还包含控制核心机驱动风扇外涵气流与风扇外涵气流掺混的涵道引射器，现有技术中，前涵道引射器的掺混过程比较复杂，尚无一个模型能够完整模拟该过程。

当前涵道引射器的掺混过程采用两股气流平行掺混静压相等建立平衡方程，如图2所示，该平衡方程有一定的局限性，即在总压比相近的情况下与真实流动比较接近，但是前涵道引射器的掺混过程总压比差异较大，该方法在总体性能计算时会产生较大的偏差，同时该平衡方程不适用于流量比大范围变化的发动机转换过程，也不能模拟核心机驱动风扇出口气流通过模式选择机构回流至核心机驱动风扇进口的过程。

发明内容

本发明要解决的技术问题是建立一种表征两个涵道气流掺混过程的平衡方程，能够在发动机总体性能计算过程中，模拟包括回流过程和不同流量比掺混过程。

本申请掺混气流包括经核心机驱动风扇后端的第一外涵进入掺混外涵的内流，以及在核心机驱动风扇前端经第二外涵进入掺混外涵的外流，所述第二外涵前端具有控制第二外涵气流流量的模式选择机构。

本申请多外涵涡扇发动机掺混过程平衡方程建模方法主要包括：

步骤S1、根据模式选择机构的打开程度将掺混过程分为多段，分别包括所述模式选择机构初步打开外涵具有反向气流的第一阶段、所述模式选择机构进一步打开外涵无流量平衡态的第二阶段、所述模式选择机构进一步打开外涵具有正向气流的第三阶段、以及所述模式选择机构完全打开的第四阶段；

步骤S2、根据内流静压、外流静压、风扇总压以及核心机驱动风扇总压构建当量静压比π，不同当量静压比对应步骤S1的不同阶段；

步骤S3、构建所述内外流的流量比B与当量静压比π及模式选择机构的几何参数K之间的第一函数关系；

步骤S4、通过所述流量比B修正多外涵涡扇发动机掺混过程的内流与外流的流量平衡方程。

优选的是，步骤S2中，构建的当量静压比π为：

其中，P_CDFS为核心机驱动风扇的总压，P_S内为内流静压，P_S外为外流静压，P_Fan为风扇总压。

优选的是，步骤S2中，所述当量静压比π＝1时，对应所述第四阶段；所述当量静压比0＜π＜1时，对应所述第三阶段；所述当量静压比π＝0时，对应所述第二阶段；所述当量静压比π＜0时，对应所述第一阶段。

优选的是，步骤S3中，所述第一函数通过实验确定。

优选的是，步骤S3中，所述第一函数通过数值仿真确定。

优选的是，步骤S3中，所述模式选择机构的几何参数K通过第二函数确定，所述第二函数的自变量包括模式选择机构角度。