一种燃气涡轮发动机地面起动加速时间计算方法技术

本发明专利技术属于燃气涡轮发动机技术领域，具体涉及一种燃气涡轮发动机地面起动加速时间计算方法，包括五个步骤，步骤一：将燃气涡轮发动机的地面起动过程分为三个阶段；并由设计人员给出点火转速n1的预估值、脱开转速n2的预估值和慢车转速n

【技术实现步骤摘要】
一种燃气涡轮发动机地面起动加速时间计算方法


[0001]本专利技术属于燃气涡轮发动机
，具体涉及一种燃气涡轮发动机地面起动加速时间计算方法。

技术介绍

[0002]燃气涡轮发动机是一种将燃料的化学能转变为机械能或动能的动力机械。燃气涡轮发动机的主要工作过程为：压气机连续地从大气中吸入空气并对空气进行压缩；压缩后的空气进入燃烧室，与燃烧室中喷入的燃料混合后燃烧，进而产生高温燃气，随即高温燃气流入涡轮和喷管膨胀做功，燃气产生的膨胀功一部分用于驱动压气机旋转，另一部分用于对外输出，为飞机、舰船、车辆或发电机提供动力。
[0003]燃气涡轮发动机自问世以来，由于其具有推重比/功重比大、起动快以及可使用多种燃料等优点，广泛应用于能源、航空、航海等多个领域。燃气涡轮发动机研发和制造的水平也同时反映了一个国家科学技术水平和军事实力的高低。地面起动过程是燃气涡轮发动机的重要工作过程之一，对地面起动加速时间等相关参数的计算是起动系统设计必备重要环节。
[0004]燃气涡轮发动机在地面从零转速加速至慢车转速的过程称为地面起动过程。燃气涡轮发动机在地面起动过程中必须依靠外界动力源进行辅助带转加速，即利用起动系统带动燃气涡轮发动机转子旋转。在起动系统的设计阶段，为了确定起动机功率、传动机构传动比等关键设计参数，必须对燃气涡轮发动机的起动时间和转速响应过程进行计算。
[0005]目前，对燃气涡轮发动机的地面起动过程中涡轮的起动时间和转速响应过程一般采用近似方法进行计算，在计算前需要对点火转速、平衡转速、脱开转速、慢车涡轮扭矩、传动比等等参数进行预估或计算，随后基于这些参数进行计算，从而计算出地面起动的加速时间。而当某个参数输入不合理，将使得各个参数的预估值代入时无法得到计算结果，此时需要设计人员重新尝试修改预估参数，如此反复迭代，直至地面起动加速时间能够被计算出为止，参数预估值全靠经验进行判断的方式，错误率高，造成大量时间和经验浪费，并且效率较低，同时对设计人员经验和技能要求高。

技术实现思路

[0006]本专利技术提供了一种燃气涡轮发动机地面起动加速时间计算方法，以解决现有的燃气涡轮发动机地面起动加速时间计算技术中时常出现的由于参数设置不合理而无法得到计算结果并反复迭代修改输入参数的问题，并且实现对燃气涡轮发动机地面起动加速时间的快速计算。
[0007]本专利技术所采用的技术方案为：一种燃气涡轮发动机地面起动加速时间计算方法，包括以下步骤：步骤一：将燃气涡轮发动机的地面起动过程分为三个阶段；并由设计人员给出点火转速n1的预估值、脱开转速n2的预估值和慢车转速n
id
的数值（该慢车转速n
id
是一个确定
的值，根据燃气涡轮发动机的不同而不同）；第一阶段，燃气涡轮发动机由零转速加速至点火转速n1；第二阶段，燃气涡轮发动机由点火转速n1加速至起动机脱开转速n2；第三阶段中，燃气涡轮发动机由起动机脱开转速n2加速至慢车转速n
id
；步骤二：以计算、查阅或预估的方式获取参数；所述参数包括平衡转速n
p
、慢车状态涡轮扭矩M
T,id
、燃气涡轮发动机转子机械效率η
m
、燃气涡轮发动机转子转动惯量J、起动系统传动比i、起动机最大功率P
CT,max
和起动机系数c；步骤三：基于脱开转速n2时涡轮产生的扭矩大于阻力扭矩这一原理；对点火转速n1、平衡转速n
p
和脱开转速n2的合理性进行判断；步骤四：分别计算起动过程中不同转速下起动机作用在燃气涡轮发动机转子上的扭矩、阻力扭矩和涡轮产生的扭矩；步骤五：利用步骤四中计算的扭矩和步骤一和步骤二中的参数，计算起动过程转子转速响应和起动时间。
[0008]作为上述内容的补充或备选设计：所述第三阶段中，燃气涡轮发动机达到平衡转速n
p
时，起动机继续将燃气涡轮发动机转子带转至转速更高的脱开转速n2才脱开，该第三阶段燃气涡轮发动机转子由起动机和燃气涡轮发动机自身的涡轮共同带转。
[0009]作为上述内容的补充或备选设计：步骤二中，点火转速n1、平衡转速n
p
和脱开转速n2三个参数通过预估方式获取，这三个参数的合理性符合以下公式时，该三个参数的预估值即具有合理性；
[0010]作为上述内容的补充或备选设计：步骤四中，对不同转速下起动机作用在燃气涡轮发动机转子上的扭矩进行计算：将起动机输出扭矩M
CT
和起动机转速n
CT
的关系简化为线性关系：式中，M
CT,0
为起动机零转速时的扭矩；c为起动机扭矩常数，与起动机类型有关；起动机功率P
CT,
和起动机转速n
CT
的关系为：由上式可知，起动机扭矩和起动机转速呈二次凸函数关系，起动机最大功率P
CT,max
：由上式可得起动机零转速时的扭矩M
CT,0
与起动机功率最大值P
CT,max
的关系为：在燃气涡轮发动机起动系统的初始设计阶段，可确定起动机最大功率P
CT,max
，再由设计人员根据经验确定起动机扭矩常数c之后，可根据上式确定起动机零转速时的扭矩M
CT，0
；从而得到了起动机转速和起动机扭矩的关系，即起动机自身的扭矩特性；
起动机输出轴通过传动系统和燃气涡轮发动机的转子相连；燃气涡轮发动机的起动系统传动比为i，即认为：起动机转速n
CT
和起动机所驱动的燃气涡轮发动机转子转速n之比等于i，由此，起动机作用在燃气涡轮发动机转子上的扭矩特性为：其中，M
CT
’
为起动机作用在燃气涡轮发动机转子上的扭矩。
[0011]作为上述内容的补充或备选设计：步骤四中，不同转速下阻力扭矩的计算：引入燃气涡轮发动机转子机械效率η
m
来计算转子起动过程中的阻力扭矩M
Z
：其中，M
C
为驱动压气机旋转所需的扭矩，M
acc
为燃滑油附件系统阻力扭矩，M
m
为机械摩擦阻力扭矩，η
m
为燃气涡轮发动机转子机械效率；将慢车状态作为参考状态，对起动过程不同转速的阻力扭矩进行计算，根据慢车状态时的涡轮扭矩M
T,id
和阻力扭矩M
Z
相等以及不同转速的阻力扭矩和转速的平方呈正比的原理，并利用以下公式计算慢车以下转速n的阻力扭矩M
Z
：其中：其中，M
C,id
为驱动压气机以慢车转速n
id
旋转所需的扭矩。
[0012]作为上述内容的补充或备选设计：步骤四中，各阶段涡轮产生的扭矩计算时，第一阶段燃烧室未点火时，涡轮产生的扭矩为0。
[0013]作为上述内容的补充或备选设计：步骤四中，各阶段涡轮产生的扭矩计算时，在起动过程的第二阶段，涡轮进口总温保持在最大值，即变化不大本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种燃气涡轮发动机地面起动加速时间计算方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤一：将燃气涡轮发动机的地面起动过程分为三个阶段；并由设计人员给出点火转速n1的预估值、脱开转速n2的预估值和慢车转速n
id
的数值；第一阶段，燃气涡轮发动机由零转速加速至点火转速n1；第二阶段，燃气涡轮发动机由点火转速n1加速至起动机脱开转速n2；第三阶段中，燃气涡轮发动机由起动机脱开转速n2加速至慢车转速n
id
；步骤二：以计算、查阅或预估的方式获取参数；所述参数包括平衡转速n
p
、慢车状态涡轮扭矩M
T,id
、燃气涡轮发动机转子机械效率η
m
、燃气涡轮发动机转子转动惯量J、起动系统传动比i、起动机最大功率P
CT,max
和起动机系数c；步骤三：基于脱开转速n2时涡轮产生的扭矩大于阻力扭矩这一原理；对点火转速n1、平衡转速n
p
和脱开转速n2的合理性进行判断；步骤四：分别计算起动过程中不同转速下起动机作用在燃气涡轮发动机转子上的扭矩、阻力扭矩和涡轮产生的扭矩；步骤五：利用步骤四中计算的扭矩和步骤一和步骤二中的参数，计算起动过程转子转速响应和起动时间。2.根据权利要求1所述的燃气涡轮发动机地面起动加速时间计算方法，其特征在于：所述第三阶段中，燃气涡轮发动机达到平衡转速n
p
时，起动机继续将燃气涡轮发动机转子带转至转速更高的脱开转速n2才脱开，该第三阶段燃气涡轮发动机转子由起动机和燃气涡轮发动机自身的涡轮共同带转。3.根据权利要求1所述的燃气涡轮发动机地面起动加速时间计算方法，其特征在于：步骤二中，点火转速n1、平衡转速n
p
和脱开转速n2三个参数通过预估方式获取，这三个参数的合理性符合以下公式时，该三个参数的预估值即具有合理性；4.根据权利要求1所述的燃气涡轮发动机地面起动加速时间计算方法，其特征在于：步骤四中，对不同转速下起动机作用在燃气涡轮发动机转子上的扭矩进行计算：将起动机输出扭矩M
CT
和起动机转速n
CT
的关系简化为线性关系：式中：M
CT,0
为起动机零转速时的扭矩；c为起动机扭矩常数，与起动机类型有关；起动机功率P
CT
和起动机转速n
CT
的关系为：由上式可知，起动机扭矩和起动机转速呈二次凸函数关系，起动机最大功率P
CT,max
：由上式可得起动机零转速时的扭矩M
CT,0
与起动机功率最大值P
CT,max
的关系为：在燃气涡轮发动机起动系统的初始设计阶段，可确定起动机最大功率P
CT,max
，再由设计
人员根据经验确定起动机扭矩常数c之后，可根据上式确定起动机零转速时的扭矩M
CT,0
；从而得到了起动机转速和起动机扭矩的关系，即起动机自身的扭矩特性；起动机输出轴通过传动系统和燃气涡轮发动机的转子相连；燃气涡轮发动机的起动系统传动比为i，即认为：起动机转速n
CT
和起动机所驱动的燃气涡轮发动机转子转速n之比等于i，由此，起动机作用在燃气涡轮发动机转子上的扭矩特性为：式中：M
CT
’
为起动机作用在燃气涡轮发动机转子上的扭矩。5.根据权利要求4所述的燃气涡轮发动机地面起动加速时间计算方法，其特征在于：步骤四中，不同转速下阻力扭矩的计算：引入燃气涡轮发动机转子机械效率η
m
来计算转子起动过程中的阻力扭矩M
Z...

【专利技术属性】
技术研发人员：施洋，王鸣，齐振彪，陈程，杨惠，赵月彬，
申请(专利权)人：成都中科翼能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：