[发明专利]一种低可探测大曲率喷管气动及红外综合设计方法

说明书

本申请属于航空发动机领域，特别涉及一种低可探测大曲率喷管气动及红外综合设计方法，步骤S1：选取喷管的特征截面；基于喷管气动流路设计方法，确定气动型面参数；步骤S2：基于后视向遮挡设计需求，获得满足预设红外辐射抑制要求的第一几何遮挡型面；步骤S3：通过二次流注入的冷却手段将所述几何遮挡型面修正，获得第二几何遮挡型面，同时获得第一气膜型面；步骤S4：获取发动机外涵引气参数，通过发动机外涵引气参数修正所述第一气膜型面，得到第二气膜型面，通过减小喷管曲率，降低喷管推力性能损失，通过降低喷管壁温，提升了喷管红外抑制性能。

技术领域

本申请属于航空发动机领域，特别涉及一种低可探测大曲率喷管气动及红外综合设计方法。

背景技术

在进行排气系统设计时，气动设计目标和红外设计目标往往是相互矛盾的。为了两者兼顾，在设计排气系统时，需要尽量减小对排气系统气流流动方向的改变，即尽量减小排气系统的曲率，从而减小气流沿程的局部损失。而较小曲率的排气系统对其前端高温部件的遮挡作用有限，对红外辐射强度的抑制效果较小。具有较大曲率的排气系统对红外辐射强度的抑制效果明显，但是，其给气动性能带来的负面效果也比较明显。本发明提出了一种综合设计方法，可同时兼顾气动及红外性能，提升气动性能的同时有效抑制喷管红外辐射强度。

目前低可探测大曲率排气系统设计多从追求低红外辐射角度考虑，而未能从高气动性能和低红外辐射强耦合角度考虑设计方法。

气动及红外性能仅与几何参数关联，较为单一的关联模型，势必导致牺牲一部分气动性能或红外辐射性能，无法做到两者性能完全兼顾。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提出了一种低可探测大曲率喷管气动及红外综合设计方法。该方法考虑排气系统增加辅助红外抑制装置，基于冷气注入手段，一方面对喷管型面进行修正，减小了喷管曲率，降低了喷管推力性能损失，另一方面降低了喷管壁温，提升了喷管红外抑制性能，通过几何型面设计、流场参数分析及二次流气动参数设计最终可获得气动性能与红外辐射性能兼顾的低可探测大曲率喷管。

本申请具体方案为：一种低可探测大曲率喷管气动及红外综合设计方法，包括：

步骤S1：基于喷管出口面积的设计需求，获取给定的喷管的特征截面，以及气动型面参数；

步骤S2：基于后视向遮挡设计需求，获得满足预设红外辐射抑制要求的第一几何遮挡型面；

步骤S3：通过二次流注入的冷却手段将所述几何遮挡型面修正，获得第二几何遮挡型面，同时获得第一气膜型面，所述第一气膜型面由二次流注入的冷却气形成的气膜；

步骤S4：获取发动机外涵引气参数，通过发动机外涵引气参数修正所述第一气膜型面，得到第二气膜型面。

优选的是，步骤S1所述的确定气动型面参数，所述气动型面参数具体包括：特征截面面积、截面曲线公式、喷管出口面积、宽高比。

优选的是，步骤S2所述的基于后视向遮挡设计需求，获得满足预设红外辐射抑制要求的第一几何遮挡型面；具体为：基于后视向遮挡设计需求，确定喷管各段满足预设红外辐射抑制要求的中心线曲率、偏距以及长度，从而获得所述第一几何遮挡型面。

优选的是，第二几何遮挡型面的获取方法：获取第一几何遮挡型面的流动分离区域和壁面高红外辐射区域，通过二次流注入的冷却手段将流动分离区域和壁面高红外辐射区域进行修正。

优选的是，步骤S4所述发动机外涵引气参数包括：气流入射角度、气流温度、压力与流量。

优选的是，步骤S4之后还有步骤S5：将具有所述气动型面参数、第二几何遮挡型面，第二气膜型面的喷管数值仿真验证，获取满足预设要求的喷管。

优选的是，所述预设要求包括喷管推力系数、红外辐射强度以及壁温满足预设要求。