(19)国家知识产权局 (12)发明 专利 (10)授权公告 号 (45)授权公告日 (21)申请 号 202210777035.0 (22)申请日 2022.07.04 (65)同一申请的已公布的文献号 申请公布号 CN 114840950 A (43)申请公布日 2022.08.02 (73)专利权人 中国航空工业 集团公司沈阳空气 动力研究所 地址 110000 辽宁省沈阳市皇姑区阳山路1 号 (72)发明人 阎莉　都鹏杰　张威　崔晓春　 张刃　邢汉奇　 (74)专利代理 机构 哈尔滨市伟晨专利代理事务 所(普通合伙) 23209 专利代理师 李晓敏 (51)Int.Cl. G06F 30/17(2020.01) G06F 30/28(2020.01)G06F 113/08(2020.01) G06F 119/14(2020.01) G06F 119/18(2020.01) (56)对比文件 CN 110702360 A,2020.01.17 CN 107678387 A,2018.02.09 CN 108195 547 A,2018.0 6.22 CN 210426947 U,2020.04.28 CN 108680 331 A,2018.10.19 CN 104461677 A,2015.0 3.25 CN 105423954 A,2016.0 3.23 CN 108225712 A,2018.0 6.29 李利 等.风洞柔 壁喷管中柔板的数值计算. 《第二届中国CAE 工程分析技 术年会》 .20 06, 尉成果.多支点单驱动半柔 壁喷管结构设计 与仿真研究. 《万方数据库》 .2012, 审查员 王盼盼 (54)发明名称 一种风洞柔壁喷管柔板系统支撑布局设计 方法 (57)摘要 本申请公开了一种风洞柔壁喷管柔板系统 支撑布局设计方法， 属于风洞试验 特种装备设计 技术领域。 解决了现有技术中的支撑布局设计， 需要多轮迭代计算才能寻求到较优的解决方案 的不足。 本申请将喷管材料参数、 柔板厚度参数、 柔板系统纵向支撑铰链点的间距和位置参数、 压 力分布函数等数据集成， 通过有限元计算得出柔 板系统应力、 支反力、 变形和斜率误差， 设计了柔 板横向支撑铰链点间距、 位置、 结构以及执行机 构悬挂点位置， 高效完成柔壁喷管柔板系统支撑 布局设计计算， 实现压力载荷作用下柔壁喷管型 面与理论气动型面高精度吻合， 从而得到不同试 验马赫数的均匀流场。 权利要求书3页 说明书6页 附图1页 CN 114840950 B 2022.09.16 CN 114840950 B 1.一种风洞柔 壁喷管柔板系统支撑布局设计方法， 其特 征在于， 包括： 步骤一， 设计柔 壁喷管的理论型面曲线， 并计算理论型面曲线的一阶导数和二阶导数； 步骤二， 选择喷管材料， 设计柔板厚度， 计算柔板的理论弯曲应力， 判断是否小于喷管 材料的许用应力， 若不满足， 则重新设计柔板厚度， 若改变柔板厚度仍不满足要求， 则重新 设计柔壁喷管的理论型面曲线； 步骤三， 根据试验工况计算出喷管及其下游试验区域的流场分布情况和压力分布数 据， 并检查喷管及其下游试验区域流场是否满足指标要求， 若不满足， 则重新设计柔壁喷管 的理论型面曲线； 步骤四， 设计柔板系统纵向支撑铰链点的间距和位置， 拟合喷管型面压力分布函数， 建 立柔板系统分析的数字模 型、 约束和加载模型， 计算柔板应力、 支反力、 变形和斜率误差， 判 断加载后的柔板应力和斜率误差是否满足期望值， 若不满足， 则重新设计柔板纵向支撑铰 链点的间距和位置， 若仍不满足， 则重新设计柔板厚度， 计算受载变形后的喷管流场， 检查 气动载荷作用下变形后的喷管流场是否满足指标要求， 若不满足， 则重新设计柔板纵向支 撑铰链点的间距和位置； 所述步骤四， 具体步骤为： 步骤41， 设计柔板系统纵向支撑铰链点的间距和位置； 步骤42， 根据压力分布数据， 采用多项式拟合、 指数函数拟合方法将喷管型面离散的压 力分布数据分段拟合成函数， 并计算出拟合函数与压力 分布数据的误差， 判断拟合函数 的 适用性， 若拟合误差过大， 则重新选择拟合方法进行函数拟合， 或者重新分段进行函数拟 合， 直到拟合 误差满足期望值 为止； 步骤43， 采用有限元计算方式建立 柔板系统的数字模型、 约束和 加载模型； 步骤44， 采用有限元计算方式计算得出柔板系 统应力、 支反力、 变形和斜率误差， 检查 加载后的柔板系统应力是否小于喷管材料许用应力， 喉道下游喷管型面斜率误差是否不大 于0.05°， 若不满足， 则重新设计柔板纵向支撑铰链 点的间距和位置， 若仍不满足， 则重新设 计柔板厚度， 直至满足要求； 步骤45， 根据加载变形后的喷管型面曲线， 建立分析模型， 采用CFD方法对喷管流场验 算， 检查气动载荷作用下变形后的喷管流场是否满足国家军用标准对流场品质的要求， 若 不满足， 则重新设计柔板纵向支撑铰链点的间距和位置， 直至满足要求； 步骤五， 设计柔板系统横向支撑铰链点的数量、 间距、 位置和结构， 计算柔板截面的横 向翘曲， 检查加载后柔板横向变形和斜率误差是否满足期 望值， 若不满足， 则重新设计柔板 横向支撑铰链点数量、 间距、 位置和结构， 直至满足要求； 步骤六， 设计执行机构悬挂点位置； 计算执行机构在柔壁喷管型面变化后偏摆的最大 角度， 检查摆角是否满足使用要求， 若不满足， 则重新设计执行机构悬挂点位置； 计算确定 柔板支撑铰链点处允许的定位误差； 选择执行机构， 根据喷管型面综合变形要求， 确定喷管 框架允许的变形量， 完成柔板系统支撑布局设计。 2.根据权利要求1所述的一种风洞柔壁喷管柔板系统支撑布局设计方法， 其特征在于， 所述步骤一， 具体步骤为： 步骤11， 根据特征线理论， 设计马赫数以及喷管几何参数， 在笛卡尔坐标系下， 设计柔 壁喷管的理论型面曲线， 使得理论上风洞试验区域获得均匀的流场品质；权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 114840950 B 2步骤12， 计算出理论型面曲线的一阶导数和二阶导数； 设计柔壁喷管的理论型面曲线的方法为Sivells设计法、 Evvard ‑Marcus设计法或 Maxwell设计法。 3.根据权利要求2所述的一种风洞柔壁喷管柔板系统支撑布局设计方法， 其特征在于， 所述步骤二， 具体步骤为： 步骤21， 选择 具有高屈强比且 对缺口敏感性低的喷管 材料； 步骤22， 考虑密封设计和 加工工艺性， 初步设计柔板厚度； 步骤23， 根据公式： 计算柔板的理论弯曲 应力， 判断是否小于喷管材料 的许用应力， 若不满足， 则重新设计柔板厚度， 若改变柔板厚 度仍不满足要求， 则重新设计柔 壁喷管的理论型面曲线， 直至满足要求； 公式中： σ 表示弯曲应力， 单位为MPa； E表示材料的弹性模量， 单位为MPa； t表示柔板厚 度， 单位为mm； R表示柔板的弯曲半径， 单位为mm； y'表示理论型面曲线点的一阶导数； y"表 示理论型面曲线点的二阶导数。 4.根据权利要求3所述的一种风洞柔壁喷管柔板系统支撑布局设计方法， 其特征在于， 所述步骤23中， 重新设计柔 壁喷管的理论型面曲线， 同时更 换喷管材料。 5.根据权利要求4所述的一种风洞柔壁喷管柔板系统支撑布局设计方法， 其特征在于， 所述步骤三， 具体步骤为： 步骤31， 根据试验工况， 采用CFD方法进行喷管流场计算， 基于有限体积法求解N ‑S方 程， 计算出喷管内部及其下游试验区域的流场分布情况， 通过后处理提取出喷管型面的压 力分布数据、 喷管和下游试验区域的马赫数分布数据； 步骤32， 检查喷管及其下游试验区域流场是否满足国家军用标准对流场品质的要求， 若不满足， 则重新设计柔 壁喷管的理论型面曲线， 直至满足要求。 6.根据权利要求5所述的一种风洞柔壁喷管柔板系统支撑布局设计方法， 其特征在于， 步骤45中， 重新设计柔板纵向支撑铰链点的间距和位置， 同时重新设计柔板厚度。 7.根据权利要求6所述的一种风洞柔壁喷管柔板系统支撑布局设计方法， 其特征在于， 所述步骤五， 具体步骤为： 依据柔板的宽度， 设计柔板横向支撑铰链点数量、 间距、 位置， 并 且结合柔板厚度设计铰链连接结构； 采用有限元计算方法计算柔板截面的横向翘曲， 判断 加载后横向变形和斜率误差是否满足期望值， 若不满足， 则通过增大柔板背面布置的横向 肋刚度或增 加横向支撑铰链点数量， 重新设计柔板横向支撑铰链点间距、 位置和结构。 8.根据权利要求7所述的一种风洞柔壁喷管柔板系统支撑布局设计方法， 其特征在于， 所述步骤六， 具体步骤为： 步骤61， 设计执 行机构悬挂 点位置； 步骤62， 计算执行机构在柔壁喷管型面变化后偏摆的最大角度， 检查摆角是否满足使 用要求， 若不满足， 则重新设计执 行机构悬挂 点位置； 步骤63， 根据柔板支撑铰链点定位误差引起的斜率变化， 结合步骤44得出的斜率误差 结果和喷管 型面斜率误差不大于 0.05°的要求， 计算确定支撑铰链点处允许的定位 误差； 步骤64， 根据柔板支反力、 支撑铰链点允许定位误差、 执行结构悬挂点位置、 喷管变马权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 114840950 B 3