[发明专利]一种强尺寸约束下的三维单边膨胀喷管设计方法

说明书

本申请属于航空发动机喷管技术领域，特别涉及一种强尺寸约束下的三维单边膨胀喷管设计方法。包括：步骤一、获取喷管气动参数以及尺寸约束参数；步骤二、定义喷管侧壁为直线构型，计算出侧向膨胀角；步骤三、定义喷管下壁面为直线构型，计算出下壁面膨胀角；步骤四、根据最短长度喷管理论以及考虑侧向膨胀的单边膨胀喷管设计方法得到喷管上壁面构型；步骤五、根据直接截短法，得到喷管构型，判断喷管构型的喷管上壁面高度是否满足尺寸约束要求，若是，输出喷管构型；若否，调整喷管气动参数，返回步骤四。本申请能够实现在给定的喷管气动参数和强尺寸约束的情况下，设计得到满足要求的三维单边膨胀喷管，提高飞发一体化迭代效率和飞发整体性能。

技术领域

本申请属于航空发动机喷管技术领域，特别涉及一种强尺寸约束下的三维单边膨胀喷管设计方法。

背景技术

近年来，高超声速技术不断促进高超声速巡航导弹、高超声速飞机和空天飞机等新型高超声速飞行器的发展，在军事和经济上都具有重大的战略意义。超燃冲压发动机在大马赫数下具有较大的比冲，且结构简单、不需要携带氧化剂，成为了高超声速飞行器动力的最佳选择。喷管是冲压发动机产生推力的重要部件。在飞行马赫数为6时，喷管产生的推力可占整个冲压发动机推力的70％，为喷管推力下降1％会使发动机安装净推力下降4％。因高超声速飞行时，超燃冲压发动机落压比较大，理想膨胀情况下的喷管出口面积非常大，会导致发动机重量和高度都过大，因此超燃冲压发动机的喷管往往采用单边喷管的形式。单边膨胀喷管是将飞机后体下表面作为喷管上膨胀面，对喷管下膨胀面截短，气流在下侧自由膨胀，从而形成单边膨胀喷管。单边膨胀喷管具有结构简单、易于与飞机一体化设计、工作范围宽、可产生升力等诸多优点。

为了使单边膨胀喷管在有限的空间内达到最好的性能，现有技术中已基于特征线方法发展出了多种单边膨胀喷管设计方法，如最大推力喷管法和最短长度喷管法。因使用最短长度喷管法设计得到的喷管在较大工作范围内都具有很好的性能，从而得到广泛应用。此外，当侧向壁面构型给定后，即可根据准二维特征线方法设计得到侧向膨胀程度可控的三维单边膨胀喷管。当进口参数、侧壁构型和工作大气环境给定后，即可由基于准二维特征线的最短长度喷管法得到喷管上、下壁面构型，此时的喷管长度过大，往往通过直接截短的方法使喷管上下型面满足长度要求。直接截短法如图1和图2所示，直接对由程序设计得到的理想喷管进行截短，使上、下壁面长度分别满足L1和L2的长度要求。但此时上、下壁面高度H1、H2和出口宽度W往往会偏离设计要求，无法完全满足对喷管的尺寸约束，不利于飞发一体化设计开展。

因此，希望有一种技术方案来克服或至少减轻现有技术的至少一个上述缺陷。

发明内容

本申请的目的是提供了一种强尺寸约束下的三维单边膨胀喷管设计方法，以解决现有技术存在的至少一个问题。

本申请的技术方案是：

一种强尺寸约束下的三维单边膨胀喷管设计方法，包括：

步骤一、获取喷管气动参数以及尺寸约束参数，所述尺寸约束参数包括喷管上壁面长度、喷管上壁面高度、喷管下壁面长度、喷管下壁面高度以及喷管出口宽度；

步骤二、定义喷管侧壁为直线构型，根据喷管上壁面长度、喷管出口宽度计算出侧向膨胀角；

步骤三、定义喷管下壁面为直线构型，根据喷管下壁面长度以及喷管下壁面高度计算出下壁面膨胀角；

步骤四、将所述喷管气动参数、所述侧向膨胀角以及所述下壁面膨胀角作为输入，根据最短长度喷管理论以及考虑侧向膨胀的单边膨胀喷管设计方法得到喷管上壁面构型；

步骤五、将喷管上壁面按照所述喷管上壁面长度直接截短，将喷管下壁面按照所述喷管下壁面长度直接截短，得到喷管构型，判断所述喷管构型的喷管上壁面高度是否满足尺寸约束要求，若是，输出所述喷管构型；若否，调整喷管气动参数，返回步骤四。