一体化加力燃烧室扩压器与径向稳定器及其设计方法
本发明涉及航空发动机加力燃烧室技术领域，具体提供了一种一体化加力燃烧室扩压器与径向稳定器及其设计方法，在扩压器入口至径向稳定器流向堵塞起始位置之间的扩压器内锥型面采用椭圆曲线设计，径向稳定器流向堵塞起始位置后到扩压器出口位置之间采用直锥型面设计，且椭圆型面与直锥型面在径向稳定器堵塞起始位置Xstrut相切，而完成扩压器型面的设计。其后，根据径向稳定器设计堵塞比εd、径向稳定器数目n与径向稳定器流向堵塞截止位置处径向稳定器的径向高度H计算出径向稳定器的宽度Wstrut，从而完成扩压器与径向稳定器的一体化设计。本发明提供的扩压器与径向稳定器的一体化设计方法既实现了减速扩压的功能也实现了低阻减重的功能。
发明专利
CN202311336847.2
2024-01-17
CN117553319A
2024-02-13
F23R3/18(2006.01)
北京航空航天大学
刘玉英;刘志远;刘广海;徐佳乐
100191 北京市海淀区学院路37号
北京;11
1.一种加力燃烧室扩压器与径向稳定器一体化设计方法，其特征在于，包括如下步骤： 步骤一，输入扩压器与径向稳定器的设计指标，包括加力燃烧室扩压器进口分流环半径Rshunt-in、进口内锥半径Rcone-in、扩压器设计长度Ld、径向稳定器长度Lstrut、径向稳定器数目n及设计堵塞比εd； 步骤二，计算扩压器分流环型面函数：输入分流环扩张角度θ，在以扩压器入口与轴线的交点O为原点、以轴向为X轴、以径向为Y轴的二维圆柱坐标系中，通过Rshunt-out＝Rcone-in+Ld*tanθ计算出扩压器出口半径Rshunt-out，并通过出分流环的型面函数Rshunt(x)＝tanθ·x+Rshunt-in； 步骤三，计算扩压器当量扩张角：通过下式计算扩压器当量扩张角α， 步骤四，计算扩压器内锥型面函数：输入径向稳定器的起始堵塞位置Xstrut，以A(0,Rcone-in)为短半轴端点、以坐标原点O(0,0)为中心的椭圆，与过扩压器设计长度终点D(Ld,0)的直线，在径向稳定器流向起始堵塞位置x＝Xstrut处进行相切设计，得到椭圆型面与直锥型面的二维型面，从而得到扩压器内锥型面函数： 其中b＝Rcone-in，/> 步骤五，计算径向稳定器的宽度：根据在径向稳定器流向堵塞截止位置x＝Xstrut+Lstrut所在截面分流环与内锥二者的半径差值计算径向稳定器的径向高度H，以径向稳定器堵塞截止位置C点处的流道截面作为径向稳定器堵塞比的计算截面，取径向稳定器的翼型设计流向截面为矩形，以该计算截面的径向稳定器高度为H、径向高度为Rshunt2、内锥半径为Rcone2，根据下式计算径向稳定器的宽度Wstrut： 步骤六，输出扩压器型面函数与径向稳定器几何尺寸：将步骤一到步骤五所涉及的扩压器的型面数据和径向稳定器的几何参数输出，完成扩压器与径向稳定器的一体化设计。 2.根据权利要求1所述的加力燃烧室扩压器与径向稳定器一体化设计方法，其特征在于，步骤三中计算当量扩张角α时，确保当量扩张角α范围处于20°～25°内，若不满足当量扩张角α范围处于20°～25°内，则重新输入分流环的扩张角度θ，计算扩压器分流环型面函数Rshunt(x)。 3.根据权利要求1所述的加力燃烧室扩压器与径向稳定器一体化设计方法，其特征在于，步骤五计算出径向稳定器的宽度Wstrut后，计算出在径向稳定器堵塞截止位置x＝Xstrut+Lstrut处以径向稳定器的宽度Wstrut为弦长的对应的半径为Rcone2的圆对应的圆心角β，并按照下式进行校验： nβ＜2π 当径向稳定器的数量n、圆心角β满足上式时，则径向稳定器宽度Wstrut满足设计要求； 当径向稳定器的数量n、圆心角β不满足上式时，则重新在步骤一输入径向稳定器流向堵塞起始位置Xstrut并迭代步骤一至步骤五，直至径向稳定器宽度Wstrut满足设计要求。 4.根据权利要求3所述的加力燃烧室扩压器与径向稳定器一体化设计方法，其特征在于，在以Rcone2为半径的圆中，以径向稳定器宽度Wstrut为弦长，采用下式计算出对应的圆心角β： 5.根据权利要求1所述的加力燃烧室扩压器与径向稳定器一体化设计方法，其特征在于，还包括： 步骤七，数值模拟校验：按照步骤六输出的扩压器型面函数与径向稳定器几何尺寸设计用于数值模拟的加力燃烧室模型，并在内涵扩压器进口及外涵入口马赫数为0.3Ma的边界条件下校验加力燃烧室模型对应的流场及流线分布；以及其中所述扩压器内锥型面的选型包括圆弧型面、椭圆型面、等压力梯度曲线型面。 步骤八，参数计算迭代：分析步骤七中计算得到的加力燃烧室模型对应的流场及流线分布；在加力燃烧室模型的扩压器中心锥后方的回流区分布面积较大，或中心锥后方存在大面积的流向涡的情况下，则调整步骤一中扩压器与径向稳定器的设计指标；和/或调整步骤四中稳定器的起始堵塞位置Xstrut或调整扩压器内锥型面的选型。 6.一种加力燃烧室，其特征在于，包括由如权利要求1-5任一项所述的一体化设计方法得到的加力燃烧室扩压器及径向稳定器。