[发明专利]一种用于航空发动机的S弯喷管及其设计方法

说明书

本发明公开了一种用于航空发动机的S弯喷管，涉及航空发动机技术领域，该S弯喷管包括S型弯曲段和等直段，所述S型弯曲段的进口与航空发动机涡轮出口对接、出口与所述等直段的进口对接，所述S型弯曲段的横截面形状从其进口处的圆形向出口处的圆角矩形进行过渡，所述等直段的横截面形状与所述S型弯曲段出口处的圆角矩形相同。本发明的S弯喷管可以以较少的几何参数完成S弯喷管的设计，且避免了S弯喷管的弯曲程度过大造成的气动损失较大的问题。

技术领域

本发明涉及航空发动机技术领域，尤其涉及一种用于航空发动机的S弯喷管及其设计方法。

背景技术

强隐身是先进战机的关键技术要求之一。排气系统的红外隐身能力是战斗机强隐身的主要技术体现，事实证明，利用特殊结构的喷管在探测方向上对航空发动机排气系统内部的高温部件进行视觉上的遮挡可以有效的降低排气系统的红外辐射强度，从而增加战斗机的红外隐身能力，在此背景下，结构上呈“S”型弯曲形状的S弯喷管应运而生。

目前，国内外均有针对S弯喷管的设计方案，但是公开的方案采用的均是对喷管进口实现完全遮挡的设计准则，这类方案使得喷管弯曲程度大，造成较大的气动性能损失；且现有的S弯喷管设计方案涉及的设计参数众多，增加了设计难度，也不利于后期对喷管构型进行气动/红外多目标性能优化。

发明内容

本发明提供一种用于航空发动机的S弯喷管，解决了对接发动机的喷管设计的技术问题。

为解决上述技术问题，本发明提供的一种用于航空发动机的S弯喷管包括S型弯曲段和等直段，所述S型弯曲段的进口与航空发动机涡轮出口对接、出口与所述等直段的进口对接，所述S型弯曲段的横截面形状从其进口处的圆形向出口处的圆角矩形进行过渡，所述等直段的横截面形状与所述S型弯曲段出口处的圆角矩形相同；

所述S型弯曲段包括第一弯段和第二弯段，所述第一弯段的出口最高点c、所述第一弯段的进口最低点e、及所述等直段出口的最高点a三点共线，所述第一弯段中与航空发动机涡轮内涵道对接的最低点d、所述第一弯段的出口最高点c及所述等直段的进口最低点b三点共线。

本发明的另一个目的在于提供一种用于航空发动机的S弯喷管的设计方法，包括以下步骤：

获取航空发动机喷管的初始几何设计参数，包括：喷管进口最大半径R、喷管总长度L、喷管出口面积A_e、喷管出口截面中心点偏距ΔY₂和喷管进口与航空发动机外涵道对接的进口高度h；

给定S弯喷管设计参数，包括：喷管出口宽高比AR(AR≥1)、等直段长度L₃(L₃L)和等直段圆角矩形横截面的顶角圆弧半径r_e(r_e0)；

根据圆角矩形横截面面积与截面几何参数的关系，计算等直段横截面的长轴半宽w₂、等直段横截面的短轴半宽h₂：

根据S弯喷管的设计原则，计算第一弯段的轴向长度L₁、第二弯段的轴向长度L₂：

L₂＝L-L₁-L₃；

基于S弯喷管沿程截面的参数变化规律，计算S弯喷管沿程截面的长轴半宽w_i和截面短轴半宽h_i和顶角圆弧半径r_i；

根据S弯喷管的设计原则，计算第一弯段出口处的截面中心点偏距ΔY₁：