一种变循环发动机压缩部件特性解耦方法技术

本申请属于航空发动机性能仿真领域，为一种变循环发动机压缩部件特性解耦方法，在进行发动机的性能仿真时，通过先对S1的特性进行解耦成S1

A decoupling method for the characteristics of compression components of variable cycle engine

【技术实现步骤摘要】
一种变循环发动机压缩部件特性解耦方法


[0001]本申请属于航空发动机性能仿真领域，特别涉及一种变循环发动机压缩部件特性解耦方法。

技术介绍

[0002]先进航空发动机如宽工况高马赫数涡轮发动机、智能调节发动机等大多采用变循环发动机构型。变循环发动机通过改变发动机部件的几何形状、尺寸或位置来调节热力循环参数，能够同时发挥大、小涵道比发动机的优势，使发动机兼具大推力与低油耗特性，使得发动机在各种工作条件下都具有最佳的热力循环，从而对飞行速度和高度有良好的适应性，是目前航空发动机的重要研究方向。变循环发动机相比常规涡扇发动机增加了模式选择阀、可调导叶核心机驱动核心机驱动风扇(后文简称CDFS)、可变面积前/后涵道引射器、变几何低压涡轮等可调节部件，其中CDFS是与压气机(后文简称HPC)同轴的压缩部件，具有宽广的流量调节能力，它能够充分利用高压涡轮的功率同时调节高压部件的气动匹配，对变循环发动机模式转换起到关键作用。相比常规循环涡扇发动机，变循环发动机总体性能仿真更加复杂，尤其是采用压缩部件特性图进行计算时，仿真计算需要考虑CDFS导叶调节对特性的影响。CDFS进口导叶(VIGV)与出口静子叶片(S1)共同调节，实现CDFS的宽范围流量变化。CDFS与HPC同轴转动，两个部件之间存在着强烈的气动耦合，尤其是取消了HPC进口导叶后，CDFS出口气流角将对HPC的特性产生影响，这使得CDFS和HPC特性之间又存在一定关联。由此可见，CDFS和HPC之间耦合关系复杂，其特性表达及处理方式是变循环发动机总体性能仿真的关键。/>[0003]如图1给出了一种典型的变循环发动机CDFS和HPC结构示意图，从图中可以看出两个部件共有三排可调节静子叶片，分别是VIGV、S1和S2。VIGV调节主要影响CDFS工作特性，同时S1要随着VIGV的调节进行匹配调节。由于S1出口即为HPC进口，因此S1的调节对HPC特性会产生一定影响，同时S2随S1进行调节，保证压气机稳定工作。
[0004]目前总体性能计算软件已经具备了变循环发动机的总体性能仿真功能：商用软件Gasturb11、Gasturb 12，CDFS和HPC作为两个独立部件分别输入特性，通过特性修正系数考虑了CDFS进口导叶调节对CDFS特性的影响；或者高校开发的变循环发动机总体性能软件，这些软件相比Gasturb增加了CDFS和HPC的多角度特性输入，即可以输入多组进口导叶角度对应的CDFS和HPC特性，在计算过程中根据进口导叶角度对特性进行插值。上述程序均未考虑可调静子对特性的影响，也未考虑CDFS和HPC之间的气动耦合。
[0005]因此，如何有效地模拟CDFS和压气机进口导叶及静子叶片的调节，考虑两个部件之间的耦合影响，是一个需要解决的问题。

技术实现思路

[0006]本申请的目的是提供了一种变循环发动机压缩部件特性解耦方法，以解决现有的变循环发动机总体性能仿真软件未考虑可调静子对特性的影响、也未考虑CDFS和HPC之间
的气动耦合导致难以准确模拟变循环发动机工作状态的问题。
[0007]本申请的技术方案是：一种变循环发动机压缩部件特性解耦方法，包括：解耦S1为S1
cdfs
和S1
hpc
，S1
cdfs
代表对CDFS的关联系数，S1
hpc
代表对HPC的关联系数；建立S1
cdf
s与CDFS基础特性的对应关系，建立S1
hpc
与HPC基础特性的对应关系，形成基准特性图；获取基准特性图，以S1
cdfs
为基础计算CDFS在不同角度下的开关角度特性，以S1
hpc
为基础计算HPC在不同角度下的开关角度特性，形成开关角度特性图；获取CDFS和HPC在不同角度下的开关角度特性，进行总体性能匹配计算，计算得到不同状态CDFS换算转速、HPC换算转速对应的VIGV、S1
cdfs
、S1
hpc
以及S2角度；构建建立CDFS和HPC特性耦合关系的残差方程，判断残差方程计算结果是否满足残差精度要求，若满足，则该结果即为考虑特性耦合的总体性能计算结果。
[0008]优选地，所述总体性能匹配计算的具体计算方法为：进行总体性能参数研究，进行各模式下以CDFS最高换算转速所对应的导叶角度VIGV
nrmax
为自变量的参数研究，进行各模式下以HPC最高换算转速所对应的S1
hpcnrmax
为自变量的参数研究；计算不同工作模式下角度自变量VIGV
nrmax
和S1
hpcnrmax
对应的开关角度特性图以及各可调叶片的角度调节规律特性图；根据VIGV
nrmax
和S1
hpcnrmax
特性图和角度调节规律特性图进行可调节部件的总体性能计算，计算得到nr
cdfs
和nr
hpc
；根据计算得到的nr
cdfs
和nr
hpc
，在角度调节规律特性图上计算出此时的VIGV、S1
cdfs
、S1
hpc
以及S2角度。
[0009]优选地，在判断所述残差方程计算结果不满足残差精度要求时，以当前的VIGV、S1
cdfs
、S1
hpc
以及S2角度重新计算VIGV
nrmax
和S1
hpcnrmax
特性图和角度调节规律特性图，而后重新得到新的VIGV、S1
cdfs
、S1
hpc
以及S2角度，并再次进行残差判断，直至得出残差方程计算结果满足残差精度要求。
[0010]优选地，所述可调节部件包括前/后涵道引射器、低压涡轮导向器以及喷管面积；所述总体性能参数研究包括对前/后涵道引射器、低压涡轮导向器以及喷管面积的调节。
[0011]优选地，所述残差方程为(S1
cdfs
/S1
hpc
‑
1)<δ。
[0012]优选地，所述基准特性图的计算方法为：计算每套CDFS基础特性包含的VIGV和S1角度调节信息，其中，VIGV0＝f1(nr
cdfs
)、S1
0cdfs
＝f2(nr
cdfs
)，nr
cdfs
为CDFS的换算转速；计算每套HPC基础特性包含的S1和S2调节信息，其中，S1
0hpc
＝f3(nr
hpc
)、S20＝f4(S1
0hpc
)，nr
hpc
为HPC的换算转速；以每条等转速线包括至少5个数据点为基础分别设计双外涵工作模式下CDFS特性数据表、单外涵工作模式下CDFS特性数据表、双外涵工作模式下HPC特性数据表、单外涵工作模式下HPC特性数据表，并分别形成基准特性本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种变循环发动机压缩部件特性解耦方法，其特征在于，包括：解耦S1为S1
cdfs
和S1
hpc
，S1
cdfs
代表对CDFS的关联系数，S1
hpc
代表对HPC的关联系数；建立S1
cdfs
与CDFS基础特性的对应关系，建立S1
hpc
与HPC基础特性的对应关系，形成基准特性图；获取基准特性图，以S1
cdfs
为基础计算CDFS在不同角度下的开关角度特性，以S1
hpc
为基础计算HPC在不同角度下的开关角度特性，形成开关角度特性图；获取CDFS和HPC在不同角度下的开关角度特性，进行总体性能匹配计算，计算得到不同状态CDFS换算转速、HPC换算转速对应的VIGV、S1
cdfs
、S1
hpc
以及S2角度；构建建立CDFS和HPC特性耦合关系的残差方程，判断残差方程计算结果是否满足残差精度要求，若满足，则该结果即为考虑特性耦合的总体性能计算结果。2.如权利要求1所述的变循环发动机压缩部件特性解耦方法，其特征在于，所述总体性能匹配计算的具体计算方法为：进行总体性能参数研究，进行各模式下以CDFS最高换算转速所对应的导叶角度VIGV
nrmax
为自变量的参数研究，进行各模式下以HPC最高换算转速所对应的S1
hpcnrmax
为自变量的参数研究；计算不同工作模式下角度自变量VIGV
nrmax
和S1
hpcnrmax
对应的开关角度特性图以及各可调叶片的角度调节规律特性图；根据VIGV
nrmax
和S1
hpcnrmax
特性图和角度调节规律特性图进行可调节部件的总体性能计算，计算得到nr
cdfs
和nr
hpc
；根据计算得到的nr
cdfs
和nr
hpc
，在角度调节规律特性图上计算出此时的VIGV、S1
cdfs
、S1
hpc
以及S2角度。3.如权利要求2所述的变循环发动机压缩部件特性解耦方法，其特征在于：在判断所述残差方程计算结果不满足残差精度要求时，以当前的VIGV、S1
cdfs
、S1
hpc
以及S2角度重新计算VIGV
nrmax
和S1
hpcnrmax
特性图和角度调节规律特性图，而后重新得到新的VIGV、S1
cdfs
、S1
hpc
以及S2角度，并再次进行残差判断，直至得出残差方程计算结果满足残差精度要求。4.如权利要求2所述的变循环发动机压缩部件特性解耦方法，其特征在于：所...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩佳，张跃学，杨旭，孔祥雪，芮长胜，刘太秋，
申请(专利权)人：中国航发沈阳发动机研究所，
类型：发明
国别省市：