针对进发匹配的压气机稳定边界预测方法、设备及介质技术

本发明专利技术提供了一种针对进发匹配的压气机稳定边界预测方法、设备及介质，包括叶片域采用所述分布式力源体积力模型计算，非叶片域采用雷诺平均方法进行计算，从而获得压气机负荷的空间分布。本发明专利技术基于对压气机负荷空间分布及临界负荷的认识对流动稳定性进行分析和预测，认为当压气机存在区域其负荷达到当地临界负荷时会触发失稳，具有较高的预测精度。此外由于采用基于分布式力源体积力模型的计算方法，能够实现进发匹配情况下压气机负荷空间分布的快速获取，因此能够大幅提高稳定边界预测工作的效率。工作的效率。工作的效率。

【技术实现步骤摘要】
针对进发匹配的压气机稳定边界预测方法、设备及介质


[0001]本专利技术涉及航空发动机领域，尤其涉及一种针对进发匹配的压气机稳定边界预测方法、设备及介质。

技术介绍

[0002]压气机作为航空发动机的核心部件之一，对发动机的性能和稳定性起着决定性作用。若压气机发生流动失稳现象，轻则使航空发动机性能下降，重则直接引发飞行事故，带来严重后果。随着对发动机高推重比和高效率的不断追求，压气机部分的设计负荷不断提高，流动复杂性不断增强，流动稳定性问题也日益凸显。此外，对于存在S型进气道的发动机而言，压气机进口长时间面临一定程度的总压/旋流畸变条件，会进一步导致压气机稳定边界右移，降低稳定工作裕度。因此在进气道/压气机的设计、评估等工程实际环节，需要针对进发匹配情况开展压气机稳定边界的预测工作。
[0003]目前国内外针对压气机流动稳定边界的预测方法主要有两大类，一类是半解析的稳定性理论模型方法，包括以Emmons模型和Stenning模型为代表的线化小扰动理论模型，以及以Moore
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Greitzer模型为代表的系统稳定性模型等；另一类是数值模拟方法，即通过求解雷诺平均Navier
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Stokes方程获得压气机流场特性，并根据改变边界条件后计算是否收敛判断压气机是否稳定。
[0004]然而，稳定性理论模型方法在建立模型时对压气机几何和流场进行了大量简化，其预测的准确性在现阶段精细化设计的需求下难以保证。而对于数值模拟方法，通过定常计算的收敛性判断流场稳定性的做法缺乏理论依据，且常常会对稳定边界做出乐观估计，此外对于本专利所针对的进发匹配情况下压气机稳定边界的预测问题，则需要开展进气道/压气机一体化的全周非定常数值模拟才可以解决，而这项工作对计算资源和时间的消耗在工程应用中是难以承受的。

技术实现思路

[0005]为此，本专利技术提供了一种针对进发匹配的压气机稳定边界预测方法、系统、设备及介质，以力图解决或者至少缓解上面存在的至少一个问题。
[0006]根据本专利技术实施例的一个方面，提供了一种针对进发匹配的压气机稳定边界预测方法，包括：
[0007]S1:在压气机均匀进气情况下，采用定常雷诺平均方法计算获得压气机流场参数；
[0008]S2:根据所述压气机流场参数及叶片参数，构建分布式力源体积力模型，输出分布式力源体积力；
[0009]S3:叶片域采用所述分布式力源体积力模型，非叶片域采用雷诺平均方法进行非定常计算，从而获得压气机负荷的空间分布；
[0010]S4:根据所述压气机负荷的空间分布实施判断，若压气机整体或任意局部区域的负荷均未达到当地临界负荷，则返回S3且提高出口平均静压再次计算；若压气机整体或存
在局部区域的负荷达到当地临界负荷，则压气机失稳，输出最后一个稳定点。
[0011]进一步地，所述压气机流场参数及叶片参数包括叶片的当地半径、叶片周向角度坐标、叶片表面压力、气流当地速度沿子午面的投影速度、叶片的当地切线速度、气流的当地切线速度、当地静温度、当地气流密度、当地相对坐标系下的气流速度、沿流向的熵梯度、当地流向速度对应的马赫数。
[0012]进一步地，所述非叶片域包括进气道、进气道出口至第一排叶片域前缘、相邻叶片域之间、最后排叶片域尾缘至压气机出口的全部区域。
[0013]进一步地，所述当地临界负荷为压气机局部发生失稳时的当地负荷。
[0014]进一步地，还包括S5:获得最后一个稳定点和第一个失稳点，当这两点间的节流步长足够小时，以最后一个稳定点作为该进气道情况下的压气机预测稳定边界；否则返回S3。
[0015]进一步地，所述分布式力源体积力包括叶片对流体的切向体积力，沿等流向坐标面体积力和沿等叶高面体积力。
[0016]进一步地，所述叶片域与非叶片域的交界面为叶片前尾缘在子午面的投影沿周向旋转一周后形成的曲面。
[0017]进一步地，进气道进口边界条件给定总压、总温以及速度方向，压气机出口边界条件给定平均静压条件，并通过减小出口静压实现对压气机节流过程的模拟，此外所有实壁边界均为无滑移边界条件。
[0018]进一步地，采用叶片进出口的总压比、D因子或压升系数作为叶片负荷的表征量。
[0019]根据本专利技术的又一方面，提供一种计算设备，包括：
[0020]一个或多个处理器；
[0021]存储器；以及
[0022]一个或多个程序，其中所述一个或多个程序存储在所述存储器中并被配置为由所述一个或多个处理器执行上述针对进发匹配的压气机稳定边界预测方法包括的操作。
[0023]根据本专利技术实施例提供的技术方案，包括叶片域采用所述分布式力源体积力模型计算，非叶片域采用雷诺平均方法进行计算，从而获得压气机负荷的空间分布。本专利技术基于对压气机负荷空间分布及临界负荷的认识对流动稳定性进行分析和预测，认为当压气机存在区域其负荷达到当地临界负荷时会触发失稳，具有较高的预测精度。此外由于采用基于分布式力源体积力模型的计算方法，能够实现进发匹配情况下压气机负荷空间分布的快速获取，因此能够大幅提高稳定边界预测工作的效率。
附图说明
[0024]附图示出了本专利技术的示例性实施方式，并与其说明一起用于解释本专利技术的原理，其中包括了这些附图以提供对本专利技术的进一步理解，并且附图包括在本说明书中并构成本说明书的一部分。
[0025]图1是示例性的计算设备的结构框图；
[0026]图2是根据本专利技术的针对进发匹配的压气机稳定边界预测方法的流程图；
[0027]图3是图2中方法的详细流程图；
[0028]图4是图2中方法的计算域网格分布图；
[0029]图5是采用图2中方法的实施例总压比图；
[0030]图6是预测结果与试验结果的对比图。
具体实施方式
[0031]下面将参照附图更详细地描述本专利技术的示例性实施例。虽然附图中显示了本专利技术的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本专利技术而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本专利技术，并且能够将本专利技术的范围完整的传达给本领域的技术人员。
[0032]图1是布置为实现根据本专利技术的针对进发匹配的压气机稳定边界预测方法的示例计算设备100的框图。在基本的配置102中，计算设备100典型地包括系统存储器106和一个或者多个处理器104。存储器总线108可以用于在处理器104和系统存储器106之间的通信。
[0033]取决于期望的配置，处理器104可以是任何类型的处理，包括但不限于：微处理器(μP)、微控制器(μC)、数字信息处理器(DSP)或者它们的任何组合。处理器104可以包括诸如一级高速缓存110和二级高速缓存112之类的一个或者多个级别的高速缓存、处理器核心114和寄存器116。示例的处理器核心114可以包括运算逻辑单元(ALU)、浮点数单元(FPU)、数字信号处理核心(DSP核心)或者它们的任何组合。示例的存储器控本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种针对进发匹配的压气机稳定边界预测方法，其特征在于包括以下步骤：S1:在压气机均匀进气情况下，采用定常雷诺平均方法计算获得压气机流场参数；S2:根据所述压气机流场参数及叶片参数，构建分布式力源体积力模型，输出分布式力源体积力；S3:叶片域采用所述分布式力源体积力模型，非叶片域采用雷诺平均方法进行非定常计算，从而获得压气机负荷的空间分布；S4:根据所述压气机负荷的空间分布实施判断，若压气机整体或任意局部区域的负荷均未达到当地临界负荷，则返回S3且提高出口平均静压再次计算；若压气机整体或存在局部区域的负荷达到当地临界负荷，则压气机失稳，输出最后一个稳定点。2.根据权利要求1所述的一种针对进发匹配的压气机稳定边界预测方法，其特征在于：所述压气机流场参数及叶片参数包括叶片的当地半径、叶片周向角度坐标、叶片表面压力、气流当地速度沿子午面的投影速度、叶片的当地切线速度、气流的当地切线速度、当地静温度、当地气流密度、当地相对坐标系下的气流速度、沿流向的熵梯度、当地流向速度对应的马赫数。3.根据权利要求1所述的一种针对进发匹配的压气机稳定边界预测方法，其特征在于：所述非叶片域包括进气道、进气道出口至第一排叶片域前缘、相邻叶片域之间、最后排叶片域尾缘至压气机出口的全部区域。4.根据权利要求1所述的一种针对进发匹配的压气机稳定边界预测方法，其特征在于：所述当地临界负荷为压气机局部发生失稳时的当地负荷。...

【专利技术属性】
技术研发人员：潘天宇，李秋实，武文倩，郑孟宗，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：