一种多孔铰链式压力畸变发生器设计方法与流程

1.本发明涉及航空发动机技术领域，主要涉及一种多孔铰链式压力畸变发生器设计方法。


背景技术：

2.航空发动机是飞机的“心脏”，其稳定性对飞机的安全性至关重要。现代航空发动机面临更加复杂的飞行条件，飞行速度、高度和机动性都在不断增大，这使得发动机和进气道工况偏离设计状态，造成进气畸变。根据产生畸变的原因不同，进气畸变可分成三类：总压畸变、总温畸变和旋流畸变。其中，总压畸变主要是因进气道进口前和进气道内部流动的扰动而形成的畸变。进气总压畸变作为发动机主要的降稳因子，它不仅可以降低发动机性能，严重时还会使发动机失稳，进而引起压气机失速喘振、叶片颤振断裂等事故。
3.由于进气总压畸变已经严重威胁到飞机的安全飞行，国内外常通过地面试验、高空模拟实验来评估总压畸变对发动机稳定性的影响。在畸变试验中用于模拟畸变流场的装置称为畸变发生器。
4.目前常用的畸变发生器包括畸变网、模拟板和移动插板。畸变网和模拟板在调试时完全依靠经验，且无法实现畸变形式动态可调。移动插板实现的畸变图谱不可控，无法模拟真实流场。
5.采用多个铰链式畸变元件组合的压力畸变发生器可实现畸变流场动态可调，但是由于多个元件组合时，各元件下游尾迹流场相互干扰，增加了流动的复杂性，使得多孔铰链式畸变发生器在设计上存在很大难度。


技术实现要素：

6.发明目的：基于上述背景技术，本发明提供了一种多孔铰链式压力畸变发生器设计方法，基于cfd数值模拟和风洞吹风试验，解决现有多孔铰链式压力畸变发生器设计困难的问题。
7.技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
8.一种多孔铰链式压力畸变发生器设计方法，包括以下步骤：
9.步骤s1、基于cfd数值模拟和风洞吹风试验，建立畸变特性数据库，通过人工神经网络方法分别建立单个多孔铰链式畸变元件的压力畸变特性分析模型和多个多孔铰链式畸变元件组合流场的压力畸变特性分析模型；
10.步骤s2、基于所述压力畸变特性分析模型，设计多孔铰链式压力畸变发生器设计方法；具体如下：
11.步骤s2.1、基于发动机直径选取畸变元件高度和隔板厚度；
12.步骤s2.2、根据目标压力畸变图谱确定各畸变元件开合方案；
13.步骤s2.3、根据目标压力畸变图谱的动态畸变指数要求确定畸变元件开孔率；
14.步骤s2.4、基于步骤s1所述单个畸变元件压力畸变特性分析模型和多个畸变元件
组合流场的压力畸变特性分析模型，生成压力畸变图谱；
15.步骤s2.5、对生成的压力畸变图谱进行校验，当压力畸变图谱不满足稳态畸变指数和畸变范围要求时，重新执行步骤s2.2-2.4，修正压力畸变图谱；
16.步骤s2.6、对生成的压力畸变图谱进行校验，当压力畸变图谱不满足目标图谱的动态畸变指数要求时，重复步骤s2.3-2.5，修正压力畸变图谱；
17.步骤s2.7、当压力畸变图谱满足上述全部要求后，确定各畸变元件的开合方案及元件开孔率，设计完成。
18.进一步地，所述步骤s2.1中畸变元件高度小于隔板平板部分厚度小于其中d代表发动机进气口直径。
19.进一步地，所述步骤s1中获取畸变特性分析模型具体包括：
20.步骤s1.1、基于cfd数值模拟和风洞吹风试验，建立单个多孔铰链式畸变元件的几何特征、来流马赫数和畸变元件与测量截面之间的距离(畸变元件和测量截面的距离)对应总压畸变强度和范围的数据库；
21.步骤s1.2、基于人工神经网络建立单个多孔铰链式畸变元件的压力畸变特性分析模型；
22.步骤s1.3、基于cfd数值模拟和风洞吹风试验，建立多个多孔铰链式畸变元件组合流场的几何特征、来流马赫数、元件组合方式和畸变元件与测量截面之间的距离关于总压畸变强度和畸变范围的数据库；
23.步骤s1.4、基于人工神经网络建立多个多孔铰链式畸变元件组合流场的压力畸变特性分析模型。
24.进一步地，所述几何特征包括高度、宽高比、开孔角度和开孔率；所述步骤s1.2中人工神经网络输入自变量包括：几何特征、来流马赫数、畸变元件与测量截面之间的距离，输出因变量包括：畸变强度、面平均紊流度和总压分布；所述步骤s1.4中人工神经网络输入自变量包括：几何特征、来流马赫数、元件组合方式、畸变元件与测量截面之间的距离和元件张开角度组合；输出因变量包括压力畸变图谱和面平均紊流度。
25.进一步地，所述畸变元件包括两块铰接在一起的薄板，薄板上各自开有若干通孔；所述畸变元件组合方式包括串联和并联两种组合；串联组合下包括串联有隔板组合与串联无隔板组合两种状态；串联有隔板组合下，所述畸变元件以垂直于铰链一边安装在隔板上，所述隔板横截面为流线型，前后缘均为对称翼型结构，中间为平板结构；所述多孔铰链式压力畸变发生器由若干畸变元件阵列排布于隔板上组成，整体安装于发动机入口处；串联无隔板组合下，多个畸变元件垂直排列；并联组合下，各畸变元件独立并行排列；所述多孔铰链式压力畸变发生器由若干畸变元件阵列排布于发动机入口处。
26.有益效果：
27.本发明提供的多孔铰链式压力畸变发生器设计方法，可以获得特定压力畸变图谱的元件组合方式，并预测出多孔铰链式压力畸变发生器所产生的畸变强度和畸变范围，可以有效缩短压力畸变发生器的测试时间。
附图说明
28.图1是本发明提供的多孔铰链式畸变发生器结构示意图；
29.图2是本发明提供的单个多孔铰链式畸变元件结构示意图；
30.图3是本发明实施例中并联组合的多孔铰链式畸变元件排列示意图；
31.图4是本发明实施例中串联组合有隔板状态下多孔铰链式畸变元件排列示意图；
32.图5是本发明实施例中串联组合无隔板状态下多孔铰链式畸变元件排列示意图；
33.图6是本发明提供的多孔铰链式压力畸变发生器设计方法流程图。
具体实施方式
34.下面结合附图和具体实施例对本发明作更进一步的说明。
35.本发明实施例首先提供了多孔铰链式压力畸变发生器的具体结构设置。如图1所示为本发明提供的多孔铰链式压力畸变发生器结构。包括若干畸变元件和隔板。其中畸变元件结构如图2所示，包括两块铰接在一起的薄板，薄板上各自开有若干通孔，用于改变下游流场的紊流度。
36.畸变元件的组合方式包括串联和并联两种组合方式。串联组合下包括串联有隔板组合与串联无隔板组合两种状态。
37.并联组合如图3所示，各畸变元件独立并行排列。串联有隔板组合如图4所示，畸变元件以垂直于铰链一边安装在隔板上。隔板横截面为流线型，前后缘均为对称翼型结构，中间为平板结构，可以有效减小流动损失。串联无隔板组合如图5所示，多个畸变元件垂直排列。本发明实施例中采用串联有隔板组合方式，多孔铰链式压力畸变发生器由若干畸变元件阵列排布于多行隔板上，整体设置于发动机入口处。当气流流过时，部分畸变元件打开，通过改变畸变元件开合角度，在下游产生不同程度的压力畸变。
38.为了得到实现目标压力畸变图谱的畸变元件组合方式，本发明提供了一种多孔铰链式压力畸变发生器的设计方法，具体如下：
39.步骤s1、基于cfd数值模拟和风洞吹风试验，建立畸变特性数据库，通过人工神经网络方法分别建立单个多孔铰链式畸变元件的压力畸变特性分析模型和多个多孔铰链式畸变元件组合流场的压力畸变特性分析模型。具体地，
40.步骤s1.1、基于cfd数值模拟和风洞吹风试验，建立单个多孔铰链式畸变元件的几何特征、来流马赫数和畸变元件与测量截面之间的距离(畸变元件和测量截面的距离)对应总压畸变强度和范围的数据库。其中几何特征包括高度、宽高比、开孔角度和开孔率。
41.步骤s1.2、基于人工神经网络建立单个多孔铰链式畸变元件的压力畸变特性分析模型。人工神经网络输入自变量包括：几何特征、来流马赫数、畸变元件与测量截面之间的距离，输出因变量包括：畸变强度、面平均紊流度和总压分布。
42.步骤s1.3、基于cfd数值模拟和风洞吹风试验，建立多个多孔铰链式畸变元件组合流场的几何特征、来流马赫数、元件组合方式和畸变元件与测量截面之间的距离关于总压畸变强度和畸变范围的数据库。此处几何特征同上，包括高度、宽高比、开孔角度和开孔率。
43.步骤s1.4、基于人工神经网络建立多个多孔铰链式畸变元件组合流场的压力畸变特性分析模型。输入自变量包括：几何特征、来流马赫数、元件组合方式、畸变元件与测量截面之间的距离和元件张开角度组合；输出因变量包括压力畸变图谱和面平均紊流度。
44.步骤s2、基于所述压力畸变特性分析模型，设计多孔铰链式压力畸变发生器设计方法；具体如下：
45.步骤s2.1、基于发动机直径选取畸变元件高度和隔板厚度。其中畸变元件高度小于隔板平板部分厚度小于d代表发动机进气口直径。
46.步骤s2.2、根据目标压力畸变图谱确定各畸变元件开合方案。
47.步骤s2.3、根据目标压力畸变图谱的动态畸变指数要求确定畸变元件开孔率。
48.步骤s2.4、基于步骤s1所述单个畸变元件压力畸变特性分析模型和多个畸变元件组合流场的压力畸变特性分析模型，生成压力畸变图谱。
49.步骤s2.5、对生成的压力畸变图谱进行校验，当压力畸变图谱不满足稳态畸变指数和畸变范围要求时，重新执行步骤s2.2-2.4，修正压力畸变图谱。
50.步骤s2.6、对生成的压力畸变图谱进行校验，当压力畸变图谱不满足目标图谱的动态畸变指数要求时，重复步骤s2.3-2.5，修正压力畸变图谱。
51.步骤s2.7、当压力畸变图谱满足上述全部要求后，确定各畸变元件的开合方案及元件开孔率，设计完成。
52.以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。