CN107944157A - 一种用于并联组合发动机固定装置的载荷计算方法 - Google Patents

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王成波
杨忠会
郑伟
张宝才
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Abstract

本发明涉及飞机设计领域，特别涉及一种用于并联组合发动机固定装置的载荷计算方法，包括如下步骤：确定并联组合发动机固定装置的载荷计算工况，其中，并联组合发动机包括涡轮发动机和冲压发动机；根据确定的载荷计算工况，结合并联组合发动机的工作特点，分析每一工况下的载荷因素，确定每一工况下并联组合发动机固定装置重心处的载荷；分析并联组合发动机固定装置传力特性，使用有限元方法计算每一工况下并联组合发动机固定装置载荷；确定用于指导结构设计的并联组合发动机固定装置载荷。本发明的用于并联组合发动机固定装置的载荷计算方法，为高超声速飞机采用并联组合发动机的固定装置设计及强度分析提供了载荷输入。

Description

一种用于并联组合发动机固定装置的载荷计算方法
技术领域
本发明涉及飞机设计领域，特别涉及一种用于并联组合发动机固定装置的载荷计算方法。
背景技术
高超声速技术是当前各航天航空大国积极研发的关键技术之一，实现飞行器高速飞行的关键是动力***，但是，到目前为止，对于飞行包线范围非常宽的高速飞行器来说，还没有一种吸气式发动机能独立完成推进任务，因此发展组合动力成为当前国内外在远程高速飞行器研制发展中急需解决的关键技术问题。根据各类发动机的比冲和航程性能参数，可以知道，不同的发动机适应不同的飞行任务。对于飞行马赫数在0～10范围内的高速飞行器的推进动力，其中一种比较可行的组合方式是涡轮、冲压发动机并联的组合。
并联组合发动机使用过程中涉及到发动机的模态装换，发动机的使用包线、工作情况较歼击机、轰炸机、运输机等均不相同，目前还没有相应的规范用于指导并联组合发动机的固定装置载荷计算，需要分析高超声速飞机的使用情况，结合发动机的工作特点，建立并联组合发动机固定装置的载荷计算方法。
发明内容
本发明的目的是提供了一种用于并联组合发动机固定装置的载荷计算方法。
本发明的技术方案是：
一种用于并联组合发动机固定装置的载荷计算方法，包括如下步骤：
步骤一、根据飞机及并联组合发动机的使用情况，确定并联组合发动机固定装置的载荷计算工况，其中，所述并联组合发动机包括涡轮发动机和冲压发动机；
步骤二、根据确定的载荷计算工况，结合并联组合发动机的工作特点，分析每一工况下的载荷因素，确定每一工况下并联组合发动机固定装置重心处的载荷；
步骤三、分析并联组合发动机固定装置传力特性，使用有限元方法计算每一工况下并联组合发动机固定装置载荷；
步骤四、确定用于指导结构设计的并联组合发动机固定装置载荷。
可选的，在所述步骤一中：
所述飞机包括对称机动飞行和盘旋滚转飞行两种使用情况；
所述并联组合发动机包括涡轮发动机工作冲压发动机不工作、涡轮发动机和冲压发动机同时工作状态、涡轮发动机和冲压发动机均不工作三种使用情况。
可选的，在所述步骤一中，所述并联组合发动机固定装置的载荷计算工况包括如下5种：
飞机进行对称机动飞行，涡轮发动机工作，冲压发动机不工作；
飞机进行对称机动飞行，涡轮发动机和冲压发动机同时工作；
飞机进行盘旋滚转飞行，涡轮发动机和冲压发动机同时工作；
飞机进行对称机动飞行，涡轮发动机和冲压发动机均不工作；
飞机进行盘旋滚转飞行，涡轮发动机和冲压发动机均不工作。
可选的，在所述步骤二中，5种工况下所述并联组合发动机固定装置重心处的载荷分别为：
涡轮发动机重心处的使用载荷为推力、法向惯性力、陀螺力矩，冲压发动机重心处无载荷；
涡轮发动机重心处的使用载荷为推力、法向惯性力、陀螺力矩，冲压发动机重心处的使用载荷为推力、惯性力；
涡轮发动机重心处的使用载荷为推力、侧向惯性力、陀螺力矩，冲压发动机重心处的使用载荷为推力、侧向惯性力；
涡轮发动机重心处的使用载荷为航向阻力、侧向惯性力，冲压发动机重心处的使用载荷为航向阻力、侧向惯性力；
涡轮发动机重心处的使用载荷为航向阻力、侧向惯性力，冲压发动机重心处的使用载荷为航向阻力、侧向惯性力。
可选的，在所述步骤三中，所述发动机固定装置传力特性包括：
涡轮发动机由主固定面两个推力销组件、主固定面一个拉杆组件、辅助固定面三个拉杆组件的结构布局方式固定，推力销承受X、Y、Z三个方向的力，拉杆承受轴向的力，为一次静不定结构；
冲压发动机由主固定面两个推力销组件、主固定面一个拉杆组件、辅助固定面一个拉杆组件的结构布局方式固定，推力销承受X、Y、Z三个方向的力，拉杆承受轴向的力，为静定结构。
可选的，在所述步骤三中，使用有限元方法计算每一工况下并联组合发动机固定装置载荷包括：
将并联组合发动机简化为体元，推力销采用梁元模拟，拉杆采用杆元模拟，再通过有限元计算，可得到每一工况下并联组合发动机固定装置载荷。
发明效果：
本发明的用于并联组合发动机固定装置的载荷计算方法，为高超声速飞机采用并联组合发动机的固定装置设计及强度分析提供了载荷输入。
附图说明
图1是本发明用于并联组合发动机固定装置的载荷计算方法流程图。
具体实施方式
为使本发明实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。
下面结合附图1对本发明用于并联组合发动机固定装置的载荷计算方法做进一步详细说明。
本发明提供了一种用于并联组合发动机固定装置的载荷计算方法，包括如下步骤：
步骤一、根据飞机及并联组合发动机的使用情况，确定并联组合发动机固定装置的载荷计算工况，其中，所述并联组合发动机包括涡轮发动机和冲压发动机。
进一步，飞行参数中过载、角速度、角加速度、高度、速度参数影响到发动机的固定装置载荷，过载分为法向过载和侧向过载，因此按飞机的使用情况，在步骤一中，飞机包括对称机动飞行和盘旋滚转飞行两种使用情况。
另外，并联组合动力装置由涡轮发动机和冲压发动机并联组成，按发动机的使用情况，分为涡轮发动机工作冲压发动机不工作、涡轮发动机和冲压发动机同时工作状态、涡轮发动机和冲压发动机均不工作状态三种使用情况。
进一步，并联组合发动机固定装置的载荷计算工况包括如下5种：
飞机进行对称机动飞行，涡轮发动机工作，冲压发动机不工作；
飞机进行对称机动飞行，涡轮发动机和冲压发动机同时工作；
飞机进行盘旋滚转飞行，涡轮发动机和冲压发动机同时工作；
飞机进行对称机动飞行，涡轮发动机和冲压发动机均不工作；
飞机进行盘旋滚转飞行，涡轮发动机和冲压发动机均不工作。
步骤二、根据确定的载荷计算工况，结合并联组合发动机的工作特点，分析每一工况下的载荷因素，确定每一工况下并联组合发动机固定装置重心处的载荷。
涡轮发动机由压气机、涡轮等旋转部件组成，发动机工作时需要考虑推力的载荷参数，发动机不工作时需要考虑由于气流引起的阻力，飞机进行对称机动或盘旋滚转飞行时需要考虑作用于发动机上的惯性力、陀螺力矩；冲压发动机无压气机等旋转部件，发动机工作时无陀螺力矩的载荷参数，发动机不工作时需要考虑由于气流引起的阻力，飞机进行对称机动或盘旋滚转飞行时需要考虑作用于发动机上的惯性力
因此，具体地，5种工况下并联组合发动机固定装置重心处的载荷分别为：
涡轮发动机重心处的使用载荷为推力、法向惯性力、陀螺力矩，冲压发动机重心处无载荷；
涡轮发动机重心处的使用载荷为推力、法向惯性力、陀螺力矩，冲压发动机重心处的使用载荷为推力、惯性力；
涡轮发动机重心处的使用载荷为推力、侧向惯性力、陀螺力矩，冲压发动机重心处的使用载荷为推力、侧向惯性力；
涡轮发动机重心处的使用载荷为航向阻力、侧向惯性力，冲压发动机重心处的使用载荷为航向阻力、侧向惯性力；
涡轮发动机重心处的使用载荷为航向阻力、侧向惯性力，冲压发动机重心处的使用载荷为航向阻力、侧向惯性力。
步骤三、分析并联组合发动机固定装置传力特性，使用有限元方法计算每一工况下并联组合发动机固定装置载荷。
具体地，发动机固定装置传力特性包括：
涡轮发动机由主固定面两个推力销组件、主固定面一个拉杆组件、辅助固定面三个拉杆组件的结构布局方式固定，推力销承受X、Y、Z三个方向的力，拉杆承受轴向的力，为一次静不定结构；
冲压发动机由主固定面两个推力销组件、主固定面一个拉杆组件、辅助固定面一个拉杆组件的结构布局方式固定，推力销承受X、Y、Z三个方向的力，拉杆承受轴向的力，为静定结构。
进一步，使用有限元方法计算每一工况下并联组合发动机固定装置载荷包括：
将并联组合发动机简化为体元，推力销采用梁元模拟，拉杆采用杆元模拟，再通过有限元计算，可得到每一工况下并联组合发动机固定装置载荷。
步骤四、通过筛选5种工况下的发动机固定装置载荷，确定用于指导结构设计的并联组合发动机固定装置载荷。
本方法建立了并联组合发动机固定装置的载荷计算方法，为高超声速飞机采用并联组合发动机的固定装置设计及强度分析提供了载荷输入，对高超声速飞机设计具有重要意义。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种用于并联组合发动机固定装置的载荷计算方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一、根据飞机及并联组合发动机的使用情况，确定并联组合发动机固定装置的载荷计算工况，其中，所述并联组合发动机包括涡轮发动机和冲压发动机；
步骤二、根据确定的载荷计算工况，结合并联组合发动机的工作特点，分析每一工况下的载荷因素，确定每一工况下并联组合发动机固定装置重心处的载荷；
步骤三、分析并联组合发动机固定装置传力特性，使用有限元方法计算每一工况下并联组合发动机固定装置载荷；
步骤四、确定用于指导结构设计的并联组合发动机固定装置载荷。
2.根据权利要求1所述的用于并联组合发动机固定装置的载荷计算方法，其特征在于，在所述步骤一中：
所述飞机包括对称机动飞行和盘旋滚转飞行两种使用情况；
所述并联组合发动机包括涡轮发动机工作冲压发动机不工作、涡轮发动机和冲压发动机同时工作状态、涡轮发动机和冲压发动机均不工作三种使用情况。
3.根据权利要求2所述的用于并联组合发动机固定装置的载荷计算方法，其特征在于，在所述步骤一中，所述并联组合发动机固定装置的载荷计算工况包括如下5种：
飞机进行对称机动飞行，涡轮发动机工作，冲压发动机不工作；
飞机进行对称机动飞行，涡轮发动机和冲压发动机同时工作；
飞机进行盘旋滚转飞行，涡轮发动机和冲压发动机同时工作；
飞机进行对称机动飞行，涡轮发动机和冲压发动机均不工作；
飞机进行盘旋滚转飞行，涡轮发动机和冲压发动机均不工作。
4.根据权利要求3所述的用于并联组合发动机固定装置的载荷计算方法，其特征在于，在所述步骤二中，5种工况下所述并联组合发动机固定装置重心处的载荷分别为：
涡轮发动机重心处的使用载荷为推力、法向惯性力、陀螺力矩，冲压发动机重心处无载荷；
涡轮发动机重心处的使用载荷为推力、法向惯性力、陀螺力矩，冲压发动机重心处的使用载荷为推力、惯性力；
涡轮发动机重心处的使用载荷为推力、侧向惯性力、陀螺力矩，冲压发动机重心处的使用载荷为推力、侧向惯性力；
涡轮发动机重心处的使用载荷为航向阻力、侧向惯性力，冲压发动机重心处的使用载荷为航向阻力、侧向惯性力；
涡轮发动机重心处的使用载荷为航向阻力、侧向惯性力，冲压发动机重心处的使用载荷为航向阻力、侧向惯性力。
5.根据权利要求4所述的用于并联组合发动机固定装置的载荷计算方法，其特征在于，在所述步骤三中，所述发动机固定装置传力特性包括：
涡轮发动机由主固定面两个推力销组件、主固定面一个拉杆组件、辅助固定面三个拉杆组件的结构布局方式固定，推力销承受X、Y、Z三个方向的力，拉杆承受轴向的力，为一次静不定结构；
冲压发动机由主固定面两个推力销组件、主固定面一个拉杆组件、辅助固定面一个拉杆组件的结构布局方式固定，推力销承受X、Y、Z三个方向的力，拉杆承受轴向的力，为静定结构。
6.根据权利要求5所述的用于并联组合发动机固定装置的载荷计算方法，其特征在于，在所述步骤三中，使用有限元方法计算每一工况下并联组合发动机固定装置载荷包括：
将并联组合发动机简化为体元，推力销采用梁元模拟，拉杆采用杆元模拟，再通过有限元计算，可得到每一工况下并联组合发动机固定装置载荷。
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