[发明专利]一种涡扇发动机设计参数优化方法

说明书

本发明公开了一种涡扇发动机设计参数优化方法。所述涡扇发动机的排气系统为带有直二元喷管的直二元排气系统；以高推力、低耗油率和低红外辐射强度为目标，对所述涡扇发动机的设计参数进行多目标优化，本发明的优化模型以推力、耗油率和红外辐射强度的线性加权和作为目标函数，同时考虑各设计参数的上下限约束。相比现有技术，本发明方法针对带有直二元排气系统的涡扇发动机，以高推力、低耗油率和低红外辐射强度为目标，对设计参数进行多目标优化，可同时实现高推力、低耗油率和低红外辐射强度的目标，且优化模型简单清晰，优化过程简便易行。

技术领域

本发明涉及一种涡扇发动机设计参数优化方法，尤其涉及一种带有直二元喷管的直二元排气系统的涡扇发动机设计参数优化方法。

背景技术

在对空战中，具有良好红外隐身性能的作战战斗机往往难以被敌军发现，从而具有较高的存活率。因此，飞机的红外隐身能力显得尤为重要。对于作战战斗机而言，高红外隐身能力是十分重要的，这就使得传统的涡扇发动机不断地朝着低红外辐射强度的涡扇发动机进行发展。为提升发动机的红外隐身性能，降低飞机发动机排气系统的红外辐射强度，可以采用安装直二元喷管的方法。相较于传统的轴对称喷管，安装了直二元喷管的发动机往往会具有更好的红外隐身能力。因此在发动机总体设计阶段可以考虑是否安装直二元喷管来达到低红外的设计目的。

世界上第一款具有高隐身性能的战斗机为F-22战斗机，它是上世纪80年代由美国洛克希德.马丁公司研制的先进战术战斗机。其装备的F119涡扇发动机采用了二元喷管，有效遮挡了发动机排气系统内高温部件产生的红外辐射，具有较好的红外隐身性能。同时，在喷管扩张段，它通过气膜冷却的方式，降低了喷管壁面的温度，从而降低了红外辐射。除此之外，自适应变循环发动机排气系统采用了S形二元喷管，可以同时降低雷达特征和红外特征。

传统的飞机和发动机设计是通过设计人员之间协调确定技术或工作界面后分别进行，设计指标留有较大裕度，使得飞机和发动机均难以发挥出最大的性能潜力。因此，开展飞/发一体化总体设计可以更好地促使飞机与发动机之间的协调匹配。飞/发一体化总体设计主要有飞机飞行任务段分析、设计点分析、非设计点分析和安装推力分析四个主要阶段。其中，飞机飞行任务段分析包括飞机约束分析和飞机任务分析，反映了飞机招标书的任务需求。通过飞行任务段分析，可以得到飞机的海平面安装推力和起飞载荷，他们将对发动机的总体性能做出最低要求。设计点分析的目的是根据最高涡轮温度、最高部件效率等设计限制，高度、马赫数等飞行条件以及压气机压比、涵道比等设计参数选择来评估发动机的性能参数，即推力、耗油率以及红外辐射强度等。在设计参数确定之后就是非设计点分析阶段。该阶段中，可以通过改变飞行工作点来得到不同工作状态下的发动机性能参数。安装性能分析计算了发动机安装到飞机上由于在外表面产生的阻力而损失的推力大小。

对于涡扇发动机的设计而言，设计参数的选择将会对其性能参数具有极大的影响。传统涡扇发动机的设计指标主要是单位推力、单位耗油率等性能参数，并没有考虑发动机的红外隐身性能。为了增强飞机的生存能力，其发动机在设计之初就应当考虑红外性能。然而，降低红外辐射强度往往会来推力的严重损失，甚至可能会使发动机无法正常工作。因此，从发动机设计阶段开始考虑红外性能的影响具有十分重要的研究价值，设计参数的选择应要同时体现对推力、耗油率和红外辐射强度的考虑。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术不足，提供一种涡扇发动机设计参数优化方法，可对具有直二元喷管的涡扇发动机的设计参数进行兼顾推力、油耗、红外辐射的多目标优化，且优化过程简便易行。

本发明具体采用以下技术方案解决上述技术问题：

一种涡扇发动机设计参数优化方法，所述涡扇发动机的排气系统为带有直二元喷管的直二元排气系统；以高推力、低耗油率和低红外辐射强度为目标，对所述涡扇发动机的设计参数进行多目标优化；所述多目标优化的优化模型具体如下：