面向航空发动机可调收扩喷管的安装性能协同优化方法

doi:10.7527/S1000-6893.2025.32176

飞行器飞发匹配技术专栏

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面向航空发动机可调收扩喷管的安装性能协同优化方法

柳司方¹, 高为民¹(), 任智博¹, 田方超¹, 孙志强²

^1. 中国航发沈阳发动机研究所，沈阳 110015
^2. 沈阳工业大学信息科学与工程学院，沈阳 110870

收稿日期:2025-04-28 修回日期:2025-06-04 接受日期:2025-07-31 出版日期:2025-08-19 发布日期:2025-08-18
通讯作者: 高为民

Collaborative optimization method of installation performance for adjustable retracting and expanding nozzle for aero-engine

Sifang LIU¹, Weimin GAO¹(), Zhibo REN¹, Fangchao TIAN¹, Zhiqiang SUN²

^1. Shenyang Engine Research Institute，Aero Engine Corporation of China，Shenyang 110015，China
^2. School of Information Science and Engineering，Shenyang University of Technology，Shenyang 110870，China

Received:2025-04-28 Revised:2025-06-04 Accepted:2025-07-31 Online:2025-08-19 Published:2025-08-18
Contact: Weimin GAO

摘要/Abstract

摘要：

采用动态常微分方程求解技术对发动机动态模型进行实时求解，并结合二分法实现发动机稳定性的实时评估。基于飞/发一体化模型动态仿真数据和气动稳定性评估结果，提出一种基于差分进化法并满足气动稳定性要求的发动机安装性能优化方法，优化了A8面积控制规律和A9/A8面积比。研究表明，与序列最小二乘规划（SLSQP）算法相比，基于差分进化法的优化方法具有全局最优性表现；完成了平飞状态（高度为11 km、Ma=0.9加速至Ma=1.2），巡航状态（高度为11 km、Ma=0.9）和爬升状态（高度从5 km爬升至11 km）3种典型工况下航空发动机喷管调节计划优化；与设计点相比，所提方法可使平飞状态和爬升状态下发动机基于时间平均的净推力分别增加15.38%和12.36%，巡航状态下燃油消耗量降低6.88%。研究结果验证了所提方法的有效性，可为提升飞机安装推力提供理论方法和技术指导。

关键词: 安装推力, 喷管调节计划优化, 差分进化法, 气动稳定性, 后体阻力

Abstract:

The technology for solving dynamic ordinary differential equations is used to solve the dynamic model of the engine in real time， and the bisection method is combined to achieve the real-time evaluation of the engine’s stability. Based on the dynamic simulation data of the model and the results of aerodynamic stability evaluation， an optimization method for the A8 control law and the A9/A8 area ratio that optimizes the installed thrust of the engine and aerodynamic stability based on the differential evolution algorithm is established， so as to realize the integrated joint simulation evaluation of the aircraft and the engine based on the flight conditions. The research shows that compared with the Sequential Least Squares Programming （SLSQP） method， the optimization method based on the differential evolution algorithm exhibits global optimality. The area optimization of the A8 of the aeroengine under three typical working conditions is performed， which are accelerating from Mach number 0.9 to Mach number 1.2 in the level flight state at an altitude of 11 km， cruising at Mach number 0.9 at an altitude of 11 km， and climbing from an altitude of 5 km to 11 km in the intermediate state. Compared with the design point， in the level flight state and climbing state， the optimization method based on the differential evolution algorithm realizes an increase in the time-averaged net thrust of the engine by 15.38% and 12.36% respectively by optimizing the A8 control law and the A9/A8 area ratio， and the fuel consumption is reduced by 6.88% in the cruising state. The results of this paper prove that the optimization method based on the differential evolution algorithm can increase the net thrust of the engine and reduce fuel consumption， and can provide theoretical methods and technical guidance for increasing the installed thrust of the aircraft.

Key words: installed thrust, optimization of nozzle adjustment plan, differential evolution algorithm, aerodynamic stability, afterbody drag

中图分类号:

V231

柳司方, 高为民, 任智博, 田方超, 孙志强. 面向航空发动机可调收扩喷管的安装性能协同优化方法[J]. 航空学报, 2026, 47(7): 632176.

Sifang LIU, Weimin GAO, Zhibo REN, Fangchao TIAN, Zhiqiang SUN. Collaborative optimization method of installation performance for adjustable retracting and expanding nozzle for aero-engine[J]. Acta Aeronautica et Astronautica Sinica, 2026, 47(7): 632176.

图/表 24

图 1

表1

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参考文献 21

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主管单位：中国科学技术协会主办单位：中国航空学会北京航空航天大学

设计参数	设计值
风扇压比	4.1
压气机压比	5.1
涡轮前温度/K	2 000
总体质量流量/（kg·s^-1）	120
涵道比	0.8
N ₁转速/（r·min^-1）	9 000
N ₂转速/（r·min^-1）	15 000

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