(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 202211143387.7 (22)申请日 2022.09.20 (71)申请人 中国航发贵阳发动机设计 研究所 地址 550000 贵州省贵阳市观山湖区云潭 北路602号 (72)发明人 杨坤　李环　黄标　杜凯　邓洁　 姚伦标　刘静雨　 (74)专利代理 机构 贵州派腾知识产权代理有限 公司 521 14 专利代理师 谷庆红 (51)Int.Cl. G06F 30/17(2020.01) G06F 30/15(2020.01) G06F 30/23(2020.01) G06F 17/18(2006.01)G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种异型喷管 结构优化设计方法 (57)摘要 一种异型喷管结构优化设计方法， 包括如下 步骤： 确定异型喷管的结构设计参数及响应变 量； 选用二阶响应曲面模型的Box ‑Behnken设计 确定试验方案； 步骤S3： 采用响应面法建立起异 型喷管结构设计参数与喷管最大应力、 最大变形 及重量之间的多项式方程； 利用建立的多项式方 程进行异型喷管最大应力、 最大变形及重量的预 测， 以优化异型喷管的结构设计参数。 本发明采 用有限元软件仿真分析对异型喷管结构强度进 行仿真分析， 通过UG软件对异型喷管进行称重， 利用响应面法建立结构设计参数与最大应力、 最 大变形及重量之间的映射关系， 预测不同结构设 计参数下的异形喷管最大应力、 最大变形及重 量， 从而得到最优的异型喷管结构， 适合于喷管 结构设计参数的选取与优化。 权利要求书1页 说明书3页 附图1页 CN 115455598 A 2022.12.09 CN 115455598 A 1.一种异型喷管 结构优化设计方法， 其特 征在于， 包括如下步骤： 步骤S1： 确定异型喷管的结构设计参数及响应 变量； 步骤S2： 选用二阶响应曲面模型的Box ‑Behnken设计确定试验方案； 步骤S3： 利用步骤S2所得的试验数据， 采用响应面法建立起异型喷管结构设计参数与 喷管最大应力、 最大变形及重量之间的多 项式方程； 步骤S4： 利用步骤S3建立的多项式方程进行异型喷管最大应力、 最大变形及重量的预 测， 以优化异型喷管的结构设计参数。 2.如权利要求1所述的一种异型喷管结构优化设计方法， 其特征在于： 在步骤S1中， 选 取加强筋高度、 加强筋厚度及喷管壁厚的结构参数作为自变量， 并确定上述参数 的选取范 围， 选取异型喷管最大应力、 最大变形及重量 为应变量。 3.如权利要求1所述的一种异型喷管结构优化设计方法， 其特征在于： 在步骤S2中， 采 用ANSYS中的workbench工作平台中Static  Structural模块进行仿真分析， 计算异型喷管 最大应力、 最大变形， 并使用UG进行模型称重， 并记录结果数据。 4.如权利要求3所述的一种异型喷管结构优化设计方法， 其特征在于： 在步骤S3中， 利 用步骤S2所得的试验 数据， 基于Design ‑Expert软件， 采用响应面法建立起异型喷管结构设 计参数与喷管最大应力、 最大变形及重量之 间的多项式方程： 确定 响应面的阶数， 构 造多项 式函数， 采用最小二次回归拟合多项式的系 数， 采用逐步回归法对各个影响参数做显著性 分析， 滤去不重要因子， 并重新完成多 项式回归， 完成后做模型的适 合性检验。 5.如权利要求4所述的一种异型喷管结构优化设计方法， 其特征在于： 在步骤S3中， 对 模型进行适 合性检验， 采用的检验方法为R2法。 6.如权利要求5所述的一种异型喷管结构优化设计方法， 其特征在于： 在步骤S3中， 对 模型采用R2法进行适合性检验时， 如R2≥0.75时， 表明近似模型与样本响应 值之间的相关性 好， 则模型 可用； 如不满足要求， 则调整变量范围并重复步骤S2至步骤S3 。 7.如权利要求1所述的一种异型喷管结构优化设计方法， 其特征在于： 在步骤S4中， 还 需要对模型进行反预测。 8.如权利要求1所述的一种异型喷管结构优化设计方法， 其特征在于： 在步骤S4中， 对 对模型进行反预测时， 利用Design ‑Expert软件能对模型进行反预测， 设定最大应力、 最大 变形及重量的目标值， 反求出异型喷管 结构设计参数， 以实现异型喷管 结构设计参数优化。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 115455598 A 2一种异型喷管结构优化 设计方法 技术领域 [0001]本发明涉及 航空发动机喷管设计技术领域， 尤其涉及一种异型喷管结构优化设计 方法。 背景技术 [0002]喷管是大涵道比发动机的重要组成部分， 其性能对于高性能运输机来说有着非常 明显的影响， 即使其性能有细微变化也会使飞机性能产生较大的改变。 现有技术中有较多 关于喷管设计的相关文 献。 如公告号为CN103823921A的专利申请公开了一种大涵道比发动 机分开式喷管设计方法， 采用参数化设计， 以光滑连续的曲线构建喷管壁面， 应用合理的收 敛段沿程面积变化规律确定喷管沿程面积变化， 具体流程为： 用于定义喷管气动设计初始 参数并赋值的步骤一； 用于求解喷管中位面型线的步骤二； 用于求解喷管沿程面积变化规 律的步骤三； 用于求解喷管内、 外壁面型线的步骤四； 用于计算喷管气动性能的步骤五； 设 计时在流 通截面上按收敛 形式。 [0003]但是， 现代航空发动机为提高隐身性能， 往往采用异型喷管。 上述专利 CN103823921A并未公开针对异型喷管的设计方法。 [0004]喷管在工作时， 受到高温燃气的气动载荷， 而异形喷管周向不均匀性带来的载荷 不均匀往往导致应力集中及较大 的变形， 为改善应力与变形， 需在喷管结构 中设计加强筋 等加强结构， 由此带来了结构增重， 降低了推重比， 影响了航空发动机的整机性能。 如公开 号为CN113700573A的专利申请就公开了一种带拉杆加强结构的对开式异型喷管， 其内部 设 置有拉杆形成加强结构， 以控制异型喷管应力和变形。 但该专利也并未公开关于异型喷管 的设计方法。 [0005]异型喷管部件的设计要求规定喷管最大应力应低于材料的许用应力， 最大变形应 小于设计要求值， 重量应低于发动机分配给异型喷管部件的重量指标， 为保证异型喷管具 有较低的应力水平， 较小的变形及较轻的重量， 常常需在结构设计中做出取舍， 结构设计上 存在较大难度， 因此， 异型喷管 结构优化设计尤为重要。 发明内容 [0006]本发明的主要目的是提出一种异型喷管结构优化设计方法， 使异形喷管结构在满 足强度要求下 具有更低的重量。 [0007]为实现上述目的， 本发明提出一种异型喷管 结构优化设计方法， 包括如下步骤： [0008]步骤S1： 确定异型喷管的结构设计参数及响应 变量； [0009]步骤S2： 选用二阶响应曲面模型的Box ‑Behnken设计确定试验方案； [0010]步骤S3： 利用步骤S2所得的试验数据， 采用响应面法建立起异型喷管结构设计参 数与喷管最大应力、 最大变形及重量之间的多 项式方程； [0011]步骤S4： 利用步骤S3建立的多项式方程进行异型喷管最大应力、 最大变形及重量 的预测， 以优化异型喷管的结构设计参数。说　明　书 1/3 页 3 CN 115455598 A 3