(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210570605.9 (22)申请日 2022.05.24 (71)申请人 中国民用航空飞行 学院 地址 四川省德阳市广汉市南昌路四段46号 (72)发明人 孙啸林　马姗　程稳　 (74)专利代理 机构 北京沃知思真知识产权代理 有限公司 1 1942 专利代理师 尹得银 (51)Int.Cl. F02K 1/40(2006.01) G06F 30/15(2020.01) G06F 30/17(2020.01) G06F 30/27(2020.01) G06N 3/04(2006.01) G06F 111/04(2020.01)G06F 111/10(2020.01) (54)发明名称 一种三涵道超 声速喷管构型及其设计方法 (57)摘要 本发明公开了一种三涵道超声速喷管构型 及其设计方法， 涉及超声速飞机用航空发动机喷 管领域， 解决了现有的三涵道超声速喷管及其设 计方法典型结构特征不明显， 并且 无法直接实现 三涵道喷管的高性能设计的问题， 现提出如下方 案， 其包括主流涵道、 次流涵道、 第三股流涵道， 所述主流涵道由外壁面一和尾锥构成， 所述次流 涵道由外壁面二和内壁面二构成， 所述第三股流 涵道由外壁面三和内壁面三构成。 本喷管构型具 有喷管结构紧凑光滑、 各涵道喷管性能均很高， 且其设计方法对于军、 民用超声速飞机均适用， 设计效率高的特点。 权利要求书2页 说明书4页 附图2页 CN 115217670 A 2022.10.21 CN 115217670 A 1.一种三涵道超声速喷管构型， 包括主流涵道(30)、 次流涵道(20)、 第三股流涵道 (10)， 其特征在于， 所述主流涵道(30)由外壁面一(31)和尾锥(32)构成， 所述次流涵道(20) 由外壁面二(21)和内壁面二(22)构成， 所述第三股 流涵道(10)由外壁面三(11)和内壁面三 (12)构成。 2.根据权利要求1所述的一种三涵道超声速喷管构型， 其特征在于， 所述主流涵道 (30)、 次流涵道(20)、 第三股 流涵道(10)均是由S弯收敛段、 喉道和单边膨胀扩张段组成的S 弯单边膨胀喷管。 3.根据权利要求2所述的一种三涵道超声速喷管构型， 其特征在于， 所述主流涵道(30) 包括S弯收敛通道一(3 3)、 喉道一(34)和单边 膨胀扩张通道一(3 5)。 4.根据权利要求2所述的一种三涵道超声速喷管构型， 其特征在于， 所述次流涵道(20) 包括S弯收敛通道二(23)、 喉道二(24)和单边 膨胀扩张通道二(25)。 5.根据权利要求2所述的一种三涵道超声速喷管构型， 其特征在于， 所述第 三股流涵道 (10)包括S弯收敛通道三(13)、 喉道三(14)和单边 膨胀扩张通道三(15)。 6.一种三涵道超声速喷管构型的设计方法， 其特 征在于， 包括以下步骤： S1： 进行主流涵道的S弯单边 膨胀喷管设计： 一、 初始步设计： (1)采用基于多参数耦合的S弯喷管设计方法进行S弯收敛 段设计； (2)采用常规的索尔法获得喉道区的超声速初始线， 在此超声速初始线的基础上， 采用 特征线法设计出 单边膨胀扩张段； (3)将S弯收敛段与单边膨胀扩张段相连得到二维S弯单边膨胀喷管， 重复步骤1) ‑3)， 获得一定数量的不同构型的S弯单边膨胀喷管， 对不同构型的S弯单边膨胀喷管进 行数值模 拟， 获得超声速初始线分布数据； (4)根据超声速初始线分布数据 搭建卷积神经网络模型， 将几何外形特征(即， S弯收敛 段型面)和超声速初始线分布特征输入 卷积神经网络， 通过卷积、 池化等过程建立超声速初 始线分布与几何外形 特征的映射关系， 重构出S弯收敛 段的超声速初始线； 二、 预估步设计： (1)对于重新输入的S弯收敛段， 通过建立的卷积神经网络模型直接快速预测出一条准 确的超声速初始线； (2)在重构出的超声速初始线的基础上， 采用基于最大推力约束的特征线法开展单边 膨胀扩张段设计， 在给定长度和最大推力约束下， 通过内点、 壁面点的递进计算完成核心区 与喷管型面设计， 然后将其与S弯收敛 段结合； S2： 进行次流涵道的S弯单边膨胀喷管设计： S1已经得到S弯收敛段与几何外形特征的 映射关系， 在此 过程中可直接进行 预估设计； (1)设计次流涵道的S弯收敛段， 通过建立的卷积神经网络模型直接快速预测出一条准 确的超声速初始线； (2)在重构出的超声速初始线的基础上， 采用基于最大推力约束的特征线法开展单边 膨胀扩张段设计， 给定长度和最大推力约束， 并且约束次流涵道喷管 的扩张段出 口与主流 涵道喷管的外壁面出口相切， 仍通过内点、 壁面点的递进计算完成核心区与喷管型面设计， 然后将其与S弯收敛 段结合；权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115217670 A 2S3： 进行第三股流涵道的S弯单边 膨胀喷管设计： (1)设计第三股流涵道的S弯收敛段， 通过建立的卷积神经网络模型直接快速预测出一 条准确的超声速初始线； (2)在重构出的超声速初始线的基础上， 采用基于最大推力约束的特征线法开展单边 膨胀扩张段设计， 给定长度和最大推力约束， 并且约束第三股流涵道喷管 的扩张段出 口与 次流涵道喷管 的外壁面出 口相切， 仍通过内点、 壁面点的递进计算完成核心 区与喷管型面 设计， 然后将其与S弯收敛 段结合。 7.根据权利要求6所述的一种三涵道超声速喷管构型的设计方法， 其特征在于， 所述S1 中(1)的S弯收敛段设计过程包括： a.根据LEE曲线 方程计算得到主流喷管的中心线； b.给定 截面面积变化规律， 根据进口和喉道面积求得沿程各位置处的截面面积； c.以中心线为基 础将各截面进行旋转变换； d.拟合得到内、 外壁 面线， 获得S弯收敛 段。 8.根据权利要求6所述的一种三涵道超声速喷管构型的设计方法， 其特征在于， 所述S1 中(1)的单边膨胀扩张段设计过程包括： a.通过超声速初始线算出起始线决定的区域的流 动参数， 直至算出该区的边界特征线； b.算出边界特征线和喉部膨胀段型线所共同决定的 区域； c.算出其 余区域的超声速段 型线， 得到单边 膨胀扩张段。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115217670 A 3