本發(fā)明涉及航空發(fā)動機性能分析領域，具體而言，涉及一種基于混合邊界計算中等涵道比整機推力增益的方法。

背景技術：

1、中等涵道比渦扇發(fā)動機，是一種外涵道與內(nèi)涵道之間的比例適中的發(fā)動機，一般來說，其涵道比在1至3之間，此時發(fā)動機外涵通道流量大于內(nèi)涵通道流量。相比小涵道比發(fā)動機來說，中等涵道比發(fā)動機的這種設計，可在較低燃油消耗率下，保持相當?shù)耐屏?。對于混合排氣的中等涵道比發(fā)動機來說，內(nèi)、外涵氣流在混合器后進行摻混，使得內(nèi)、外涵氣流在溫度、壓力、速度趨于相對均勻，而后從噴管排出。不同混合度，即流場均勻程度不同，推力增益存在差異。圖4提供了不同混合器混合度、推力增益的情況下，隨不同無量綱化軸向長度的變化示意圖。通常情況下，隨著混合度增加，流場越均勻，推力增益越大。

2、在整機性能的相關研究中，常以內(nèi)、外涵流體按質(zhì)量平均混合后的溫度、壓力、速度計算整機的推力增益，即采用理想狀態(tài)下完全混合后的氣流狀態(tài)計算整機的推力增益。而事實上，發(fā)動機混合器出口是不可能達到完全混合的狀態(tài)，即流場仍有較大的分布差異，流場無法按唯一的混合溫度ti唯一表征。特別對于中等涵道比發(fā)動機而言，若用單一速度、溫度代表流場特性計算推力增益，會導致推力增益計算存在偏差。

技術實現(xiàn)思路

1、為解決上述問題，本申請?zhí)峁┝艘环N基于混合邊界計算中等涵道比整機推力增益的方法，包括以下步驟：

2、通過三維仿真識別內(nèi)、外涵氣流在混合器至噴管出口的摻混邊界；

3、基于所述摻混邊界，劃分噴管出口流場，根據(jù)區(qū)域的平均溫度與區(qū)域內(nèi)溫度的特征，將噴管出口流場劃分為n個區(qū)域；

4、分別獲取所述n個區(qū)域的質(zhì)量流量、溫度，計算發(fā)動機出口混合排氣推力fi；

5、根據(jù)所述n個區(qū)域的質(zhì)量流量、測試、發(fā)動機出口總推力，計算推力增益。

6、其中，摻混邊界在已知典型狀態(tài)點加力燃燒室內(nèi)涵、外涵進口的氣動參數(shù)后，通過總溫分布云圖進行識別。一般可識別至少一個摻混邊界；所述摻混邊界的數(shù)量為1時，將噴管出口流場劃分為2個區(qū)域。

7、進一步的，區(qū)域的平均溫度與區(qū)域內(nèi)溫度的特征為：區(qū)域的平均溫度與區(qū)域內(nèi)溫度偏差小于指定閾值。

8、進一步的，計算推力增益的方法為：其中，w1、w2分別為按摻混邊界分割后各區(qū)域的質(zhì)量流量，t1、t2分別為按摻混邊界分割后各區(qū)域的溫度，fi為生成發(fā)動機出口總推力，f6、f16分別為內(nèi)、外涵推力，t6、t16分別為內(nèi)、外涵氣流總溫。

9、其中，n個區(qū)域的質(zhì)量流量、溫度，通過三維仿真獲取。

10、發(fā)動機出口總推力fi的計算方法為：分別計算所述n個區(qū)域計算推力，累加生成發(fā)動機出口總推力fi。

11、本發(fā)明針對中等涵道比混合排氣發(fā)動機出口流場分布不均勻的問題，提出優(yōu)化方案，通過仿真工具，以帶噴管的加力燃燒室為對象，基于混合器后摻混邊界，以該邊界處理模擬為氣動平衡界面，將噴口出口場分為若干部分，將混合排氣假想為分別排氣后，計算推力增益。通過該方法，由于考慮了不同溫度下推力的影響，可有效提高中等涵道比混合排氣發(fā)動機在出口流場不均勻度情況下，推力計算的準確性。

技術特征：

1.一種基于混合邊界計算中等涵道比整機推力增益的方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，所述摻混邊界在已知典型狀態(tài)點加力燃燒室內(nèi)涵、外涵進口的氣動參數(shù)后，通過總溫分布云圖進行識別。

3.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，所述區(qū)域的平均溫度與區(qū)域內(nèi)溫度的特征為：區(qū)域的平均溫度與區(qū)域內(nèi)溫度偏差小于指定閾值。

4.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，可識別至少一個摻混邊界；所述摻混邊界的數(shù)量為1時，將噴管出口流場劃分為2個區(qū)域。

5.根據(jù)權利要求4所述的方法，其特征在于，所述計算推力增益的方法為：其中，w1、w2分別為按摻混邊界分割后各區(qū)域的質(zhì)量流量，t1、t2分別為按摻混邊界分割后各區(qū)域的溫度，fi為生成發(fā)動機出口總推力，f6、f16分別為內(nèi)、外涵推力，t6、t16分別為內(nèi)、外涵氣流總溫。

6.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，所述n個區(qū)域的質(zhì)量流量、溫度，通過三維仿真獲取。

7.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，發(fā)動機出口總推力fi的計算方法為：分別計算所述n個區(qū)域計算推力，累加生成發(fā)動機出口總推力fi。

技術總結(jié)
本發(fā)明公開了一種基于混合邊界計算中等涵道比整機推力增益的方法，包括以下步驟：通過三維仿真識別內(nèi)、外涵氣流在混合器至噴管出口的摻混邊界；基于摻混邊界，劃分噴管出口流場，根據(jù)區(qū)域的平均溫度與區(qū)域內(nèi)溫度的特征，將噴管出口流場劃分為N個區(qū)域；分別獲取N個區(qū)域的質(zhì)量流量、溫度，計算發(fā)動機出口混合排氣推力F<subgt;i</subgt;；根據(jù)N個區(qū)域的質(zhì)量流量、測試、發(fā)動機出口總推力，計算推力增益。根據(jù)上述技術方案，結(jié)合了不同溫度下推力的影響，可有效提高中等涵道比混合排氣發(fā)動機在出口流場不均勻度情況下，推力計算的準確性。

技術研發(fā)人員：文清蘭,汪林全,韓冬
受保護的技術使用者：中國航發(fā)貴陽發(fā)動機設計研究所
技術研發(fā)日：
技術公布日：2024/12/26