一种可抑制进气畸变的翼身融合背撑发动机反推装置

1.本发明属于航空发动机技术领域，具体涉及一种适用于翼身融合背撑发动机且可有效抑制进气畸变的反推装置。


背景技术：

2.翼身融合布局飞机(blended wing body,缩写bwb)，是一种已进入概念验证阶段的新型飞机。其将传统的机身与机翼结构融合，使得升阻比以及燃油效率得到提升。将大涵道比涡扇发动机与翼身融合布局飞机集成具有很大的挑战，而背撑发动机则是使翼身融合能够较快投入应用的首选方案。图1所示为一款翼身融合背撑发动机概念方案。
3.飞机在降落滑跑时，通常需要开启发动机反推，以降低滑行距离，提高安全系数。反推装置常分为抓斗式，叶栅式和折流门式，其中叶栅式反推装置通常与大涵道比涡扇发动机配合使用，具有结构紧凑，气流平稳，反推效率高的特点。那么，考虑在翼身融合背撑发动机上设计反推装置，需要思考的问题是1)将现有的反推装置直接照搬到翼身融合背撑发动机上是否可行？2)如果不可行，需要做出怎样的改进？
4.现有技术，如相关专利中所提及的反推装置，均未针对飞发相对位置详细说明，亦未考虑与新型飞机的适应性问题。
5.如中国专利cn113864079a公开了一种航空发动机反推装置，通过将阻流门铰接在核心机舱罩，并设置移动连杆将移动外罩和阻流门可动地连接，阻流门转动至打开位置和收起位置，移动外罩与同步运动，从而实现反推装置的打开和收起，避免设置作动筒，从而有效增大了叶栅面积，降低了结构重量，提高了反推效率。
6.中国专利cn105329449a公开了一种航空发动机反推叶栅，其特点在于部分叶片上设有通孔，通孔入口位于叶盆处，而通孔出口则位于末端端面或叶背上，可消除或减轻叶盆上的漩涡，增加叶栅流通面积；亦可增加出口段气体的动能，消除叶背上的附面层分离。
7.欧洲专利ep2925991a和美国专利us8869507a分别公开一种叶栅式反推装置，其区别在于从收起状态到打开状态的机构运动方式不同，前者叶栅作为整体以平动加转动的方式作动，后者连杆与叶栅分级作动，连杆先沿轴向运动，然后带动叶栅运动。比对配图可看出，二者都是针对常规布局飞机的翼吊发动机所设计。
8.更深入地，通过调研文献发现，发表于《ieee access》的《blended wing body thrust reverser cascade feasibility evaluation through cfd》(图2引自此文章，所示为不同马赫数时短舱入口附近的涡量分布图)和发表于《航空动力学报》的《翼身融合背撑发动机反推绕流流场数值研究》(图3引自此文章，所示为发动机子午面截面总压云图)均表明，将现有的叶栅式反推装置直接应用于翼身融合背撑发动机时，会有进气畸变现象发生，严重时可影响飞行安全。故将现有的反推装置直接照搬到翼身融合背撑发动机上是不可行的，需要对现有的反推装置做出适应性改进。


技术实现要素：

9.为解决现有技术存在的问题，本发明提出一种适用于翼身融合背撑发动机的反推装置，通过设计反推叶栅的周向折流角分布和安装于短舱支架侧面的导流板，以达到抑制进气畸变的目标。
10.本发明的技术方案为：
11.一种可抑制进气畸变的翼身融合背撑发动机反推装置，包括位于背撑发动机短舱外罩内侧的环形反推叶珊，以及处于背撑发动机短舱支架两侧面的反推导流板；
12.所述短舱支架用于连接翼身融合飞机与背撑发动机；
13.当需要提供反推作用时，所述短舱外罩后部能够沿短舱支架向后滑出，露出反推叶栅；所述反推导流板前部能够向外展开。
14.进一步的，所述反推导流板在无需提供反推时，嵌入在短舱支架两侧面内，并采用保形设计，确保短舱支架两侧面外形光顺。
15.进一步的，所述反推导流板的形状为直角梯形，靠近翼身融合飞机的边为下底，靠近背撑发动机的边为上底，沿来流方向后部为直腰，且与短舱支架侧面铰接。
16.进一步的，当需要提供反推作用时，所述反推导流板前部向外展开角度不小于60
°
。
17.进一步的，所述环形反推叶珊在圆周方向上，不同区域的周向折流角不同，其中圆心角朝向机身方向的一段环形反推叶珊的周向折流角不为0
°
，存在一定偏角，使得该区域的反推气流获得一定的展向速度，避免被发动机入口重吸入；所述周向折流角指：从轴向视角观察，圆周方向上的相邻叶珊的连接边与该位置的径向方向的夹角。
18.进一步的，圆心角朝向机身方向的一段环形反推叶珊的周向折流角为20
°
。
19.有益效果
20.本发明提出了一种可抑制进气畸变的翼身融合背撑发动机反推装置，通过在背撑发动机的短舱支架两侧设置反推导流板，一方面随着导流板展开角度的增大，对于反推气流向前运动的阻碍效果愈发显著，保证了反推工作时涡扇发动机的进气品质；另一方面，导流板起到了类似“扰流板”对于气流的干扰作用，增大了型阻，有利于飞机更快地减速；进一步的，反推导流板采用上小下大的梯形结构，使得靠近机身部位受壁面科恩达效应加速更剧烈的气流能够通过更长的导流板去引导，使其尽可能沿展向流向机体后方。此外，该反推装置还包括环形反推叶珊，通过将圆心角朝向机身方向的一段环形反推叶珊的周向折流角布置为不为0
°
的设计，使得这一区域的反推气流获得一定的展向速度，避免被发动机入口重吸入。
21.本发明有效解决了反推装置与翼身融合背撑式发动机的适应性问题，抑制了进气畸变的发生，强化了反推装置的制动作用，保障了翼身融合背撑式发动机布局的飞行安全。
22.本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
23.本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
24.图1：翼身融合背撑发动机概念方案；
25.图2：不同马赫数时短舱入口附近的涡量分布；
26.图3：发动机子午面截面总压云图；
27.图4：翼身融合背撑发动机反推装置开启前后对比图；(a)反推开启前，(b)反推开启后；
28.图5：翼身融合背撑发动机反推装置；图中去掉了机身部分，着重展示反推装置的各种细节；
29.图6：翼身融合背撑发动机反推叶栅；实际使用时整个圆周的叶栅由如图所示的扇形叶栅铆接而成；
30.图7：反推叶栅轴向叶片几何参数；
31.图8：反推叶栅周向折流角分布；α为所述周向折流角；
32.图9：安装于短舱侧面的反推导流板；导流板展开角度θ，定义为导流板对称面与发动机子午面的夹角，0
°
即为未展开导流板的状态；
33.图10：aip界面的总压云图；在cfd计算中，风扇叶片被简化为aip界面，则aip界面的总压分布便可以表征风扇处气流的畸变程度，可见随着展开角度增大，气流品质越来越好。
具体实施方式
34.下面详细描述本发明的实施例，所述实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
35.如图5所示，本实施例中可抑制进气畸变的翼身融合背撑发动机反推装置，包括位于背撑发动机短舱外罩内侧的环形反推叶珊，以及处于背撑发动机短舱支架两侧面的反推导流板。
36.如图4所示，短舱包括短舱固定段，短舱移动段以及短舱支架；所述短舱支架用于连接翼身融合飞机与背撑发动机。短舱最大直径为3252mm，aip界面用于表示涵道风扇入口界面。
37.如图4和图5所示，所述反推导流板在无需提供反推时，嵌入在短舱支架两侧面内，并采用保形设计，确保短舱支架两侧面外形光顺，不影响整体飞机气动性能，当需要提供反推作用时，通过液压装置，将所述反推导流板前部向外展开，反推导流板后部与短舱支架侧面铰接。所述反推导流板前部向外展开有两个作用，第一个作用是起到了类似“扰流板”对于气流的干扰作用，增大了型阻，有利于飞机更快地减速，第二个作用更为重要，是对反推气流向前运动其阻碍作用，随着导流板展开角度的增大，对于反推气流向前运动的阻碍效果愈发显著，保证了反推工作时涡扇发动机的进气品质。
38.这里，采用cfd数值模拟的方式考察了导流板展开角度θ对aip界面总压分布的影响，展开角度θ分别取0
°
/30
°
/60
°
/90
°
，如图9所示。采用catia软件建立几何模型，采用starccm软件生成非结构化网格，采用cfx软件进行流场计算。cfd计算状态选取为降落滑跑的典型状态：马赫数0.1，迎角取有0
°
，取真实飞机实际尺寸，特征长度为26.5m。图10计算结果可证明，本发明中的反推导流板在展开角度大于60
°
后可有效抑制进气畸变。
39.此外，由于越靠近底部的气流受壁面科恩达效应加速更剧烈，为了尽可能使靠近
机身的气流沿展向流向机体后方，将所述反推导流板的形状设计为直角梯形，其中靠近翼身融合飞机的边为下底，靠近背撑发动机的边为上底，沿来流方向后部为直腰，且与短舱支架侧面铰接，这样靠近底部的气流通过更长的长度去引导，使其尽可能沿展向流向机体后方。本实施例中，反推导流板上边为667mm，下边为1485mm，斜边为1261mm，侧边为938mm。
40.反推装置的另一组成部分是位于背撑发动机短舱外罩内侧的环形反推叶珊，当需要提供反推作用时，所述短舱外罩后部能够沿短舱支架向后滑出，露出反推叶栅。图6所示为弧度为60
°
的扇形叶栅部分，用6个此种扇形叶栅构成完整的圆周叶栅。叶栅宽度为525mm，外径为1590mm，内径为1530mm。图7为叶栅具体参数，叶栅通道在径向的垂直高度h＝60mm，叶片间距x＝50mm，叶片厚度s＝2mm，叶片弦长l＝75mm，叶片宽度u＝30mm，过渡段半径r＝5mm，进口气流角β1＝45
°
和出口气流角β2＝30
°
，稠密度ε＝h/x＝1.2。这里较为关键的几何参数为进口气流角，出口气流角和稠密度。
41.此外，如图8所示，进一步的，所述环形反推叶珊在圆周方向上，不同区域的周向折流角不同，其中圆心角朝向机身方向的一段环形反推叶珊的周向折流角不为0
°
，存在20
°
偏角，使得该区域的反推气流获得一定的展向速度，避免被发动机入口重吸入；所述周向折流角指：从轴向视角观察，圆周方向上的相邻叶珊的连接边与该位置的径向方向的夹角。
42.具体使用时，待飞机落地滑跑时，短舱外罩后部沿着短舱支架滑出，露出反推叶栅，同时液压机构驱动安装于短舱支架侧面的导流板展开，直至飞机滑行速度降至15m/s以下，短舱外罩前移覆盖反推叶栅同时导流板收回。
43.本发明有效解决了反推装置与翼身融合背撑式发动机的适应性问题，抑制了进气畸变的发生，强化了反推装置的制动作用，保障了翼身融合背撑式发动机布局的飞行安全。
44.尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

技术特征：
1.一种可抑制进气畸变的翼身融合背撑发动机反推装置，其特征在于：包括位于背撑发动机短舱外罩内侧的环形反推叶珊，以及处于背撑发动机短舱支架两侧面的反推导流板；所述短舱支架用于连接翼身融合飞机与背撑发动机；当需要提供反推作用时，所述短舱外罩后部能够沿短舱支架向后滑出，露出反推叶栅；所述反推导流板前部能够向外展开。2.根据权利要求1所述一种可抑制进气畸变的翼身融合背撑发动机反推装置，其特征在于：所述反推导流板在无需提供反推时，嵌入在短舱支架两侧面内，并采用保形设计，确保短舱支架两侧面外形光顺。3.根据权利要求1或2所述一种可抑制进气畸变的翼身融合背撑发动机反推装置，其特征在于：所述反推导流板的形状为直角梯形，靠近翼身融合飞机的边为下底，靠近背撑发动机的边为上底，沿来流方向后部为直腰，且与短舱支架侧面铰接。4.根据权利要求1所述一种可抑制进气畸变的翼身融合背撑发动机反推装置，其特征在于：当需要提供反推作用时，所述反推导流板前部向外展开角度不小于60
°
。5.根据权利要求1所述一种可抑制进气畸变的翼身融合背撑发动机反推装置，其特征在于：所述环形反推叶珊在圆周方向上，不同区域的周向折流角不同，其中圆心角朝向机身方向的一段环形反推叶珊的周向折流角不为0
°
，存在一定偏角，使得该区域的反推气流获得一定的展向速度，避免被发动机入口重吸入；所述周向折流角指：从轴向视角观察，圆周方向上的相邻叶珊的连接边与该位置的径向方向的夹角。6.根据权利要求5所述一种可抑制进气畸变的翼身融合背撑发动机反推装置，其特征在于：圆心角朝向机身方向的一段环形反推叶珊的周向折流角为20
°
。

技术总结
本发明提出一种可抑制进气畸变的翼身融合背撑发动机反推装置，包括位于背撑发动机短舱外罩内侧的环形反推叶珊，以及处于背撑发动机短舱支架两侧面的反推导流板。在需要反推时，随着导流板展开角度的增大，对于反推气流向前运动的阻碍效果愈发显著，保证了反推工作时涡扇发动机的进气品质；另外也起到了类似“扰流板”对于气流的干扰作用，增大了型阻，有利于飞机更快地减速。本发明有效解决了反推装置与翼身融合背撑式发动机的适应性问题，抑制了进气畸变的发生，强化了反推装置的制动作用，保障了翼身融合背撑式发动机布局的飞行安全。全。全。


技术研发人员：桑为民 邱奥祥 石达志 杜淑雅 张桐
受保护的技术使用者：西北工业大学
技术研发日：2023.07.02
技术公布日：2023/10/15