一种发动机气动稳定性的符合性验证方法技术

本发明专利技术提供一种发动机气动稳定性的符合性验证方法，包括以下步骤：预估发动机型号，概念设计阶段，工程设计阶段，气动稳定性分析阶段，压气机局部需用稳定裕度评估中定量引入多因素组合畸变对压气机的耦合影响，验证阶段，以可用稳定裕度大于等于局部需用稳定裕度作为判断条件。本发明专利技术的发动机气动稳定性的符合性验证方法充分考虑多种降稳因素的组合影响，评估不同相位角组合和不同压力

【技术实现步骤摘要】
一种发动机气动稳定性的符合性验证方法


[0001]本专利技术涉及适航符合性验证
，尤其是涉及一种发动机气动稳定性的符合性验证方法。

技术介绍

[0002]如图(1)所示，航空发动机失速/喘振适航条款的符合性关键证据为试验验证，需要在全飞行包线(A
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B
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C
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D
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E
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F
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G
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A)内选取飞行工况点，必须涵盖发动机起动、地面运转和飞行中运转三种情况，按照既定的试验程序和试验条件对航空发动机进行试验，并提交相关试验分析和评估报告，包括发动机起动、功率或推力变化、以及极限的压力畸变和温度畸变等试验条件，观察发动机是否会发生危害性失速/喘振。其中最主要的适航审定关键点是通过试验和分析确定失速/喘振的关键降稳因素及其对部件和整机的影响大小，从而进行符合性验证的关键试验条件选取，包括针对进气畸变的试验条件设置和评判，最后进行不同降稳因素影响下发动机失速/喘振裕度的分析与评估。
[0003]而降稳因素包括进气总压畸变、进气总温畸变、冲击波和雷诺数等，对降稳因素的相关研究虽然已经开展多年，但主要集中在单种因素影响的情况，而实际上这些降稳因素并不一定单独存在，可能会以组合的形式来影响航空发动机的稳定裕度。美国SAE
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S16委员会发布的AIR
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5866A和AIR
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5686中，同样认为通过稳定裕度损失的简单叠加判断组合降稳因素的影响会带来结果的过度简化。

技术实现思路

[0004]鉴于现有技术中的问题，本专利技术的目的在于提供一种发动机气动稳定性的符合性验证方法，可以分析和验证在降稳因素组合影响下航空发动机的气动稳定性，从而判断航空发动机失速/喘振适航条款的符合性。
[0005]为了达到上述目的，本专利技术提出一种发动机气动稳定性的符合性验证方法，包括以下步骤：
[0006]S1：概念设计阶段，根据型号设计的需求，量化发动机的气动稳定性，以预估发动机型号系列；
[0007]S2：工程设计阶段，基于S1中预估的发动机型号系列，确定压力
‑
温度组合畸变影响程度，确定发动机的需用稳定裕度范围；
[0008]S3：气动稳定性分析阶段，具体分析步骤包括：
[0009]S31:根据发动机型号，获得压气机几何尺寸和性能参数；
[0010]S32：根据S31中的发动机型号，分析计算发动机整机在均匀进气且不同转速下的工作指标；
[0011]S33：根据飞行包线确定各典型工况点的飞行参数，同时确定发动机压力
‑
温度组合畸变的进气参数以及相应的发动机转速；
[0012]S34：基于S31
‑
S33的数据分析计算，根据组合畸变对压气机的耦合影响，确定压气
机的局部需用稳定裕度，所述组合畸变包括不同的相位角组合和不同的压力
‑
温度组合；
[0013]S35：稳定性判断，若步骤S34中的局部需用稳定裕度不在步骤S2发动机的需用稳定裕度范围内，对S31中的发动机型号进行调整，重新设定步骤S3；
[0014]若步骤S34中的局部需用稳定裕度在步骤S2发动机的需用稳定裕度范围内，完成发动机气动稳定性分析；
[0015]S4：验证阶段，开展实验室试验或地面试验得到可用稳定裕度，判断S34中的局部需用稳定裕度和S4中可用稳定裕度的大小，当可用稳定裕度小于局部需用稳定裕度，重新设定步骤S3，当可用稳定裕度大于等于局部需用稳定裕度，完成符合性验证。
[0016]作为可选的方案，步骤S31中所述几何尺寸包括：进气道尺寸、AIP截面轴向位置和轮毂机匣直径，所述性能参数包括压气机失速和喘振裕度；
[0017]步骤S32中所述工作指标包括压比
‑
流量特性、压比
‑
绝热效率特性以及喘振工作线；
[0018]步骤S33中所述飞行参数包括飞行高度和飞行速度。
[0019]作为可选的方案，所述步骤S2还包括如下步骤：
[0020]S21：制定发动机气动稳定性验证计划，根据审查的项目及其安全重要性来确定符合性验证的对象、基础以及范围；
[0021]S22：根据对安全影响程度确定重点关注项目和关键点；
[0022]S23：确定符合性验证条款要求以及其安全意图。
[0023]作为可选的方案，所述步骤S3还包括如下步骤：
[0024]S36：结合整机确定压气机的可用稳定裕度，判断不同压力
‑
温度组合畸变影响下压气机是否满足整机性能的要求，验证步骤S34中压气机的局部需用稳定裕度是否满足失速/喘振适航审定的要求，并给出不同工况下压气机安全稳定工作的范围。
[0025]作为可选的方案，所述步骤S34中相位角大于等于0
°
、小于等于180
°
，所述耦合影响包括：0
°
相位角下压气机的喘振裕度最小，90
°
相位角下压气机的喘振裕度最大，90
°
和180
°
相位角下喘振裕度大于单独总压畸变。
[0026]作为可选的方案，所述耦合影响包括：压气机的总压畸变指数在进口段的传播不受总温畸变指数的影响，总温畸变指数随着相位角改变，压气机的压比和效率随着相位角的增大而增大，其中180
°
相位角时压气机压比和效率最大，且大于单独总压畸变影响下的压比和效率。
[0027]作为可选的方案，所述耦合影响包括：压力
‑
温度组合畸变90
°
相位下，总压或总温畸变强度对压气机喘振裕度的影响小于组合相位角，其中总压畸变强度增大推迟了前缘溢流，使其失稳点换算流量基本相同，而总温畸变强度的增大导致换算转速下降，使特性线向左下移动，导致失稳点流量减小。
[0028]作为可选的方案，所述耦合影响包括：当总温畸变或总压畸变强度一定时，增加总压畸变或总温畸变强度对压气机压比和效率的影响规律与单独畸变时一致，即畸变强度增大会导致压气机压比和效率降低。
[0029]作为可选的方案，所述耦合影响包括：随着总压畸变强度的增加，AIP截面总温畸变区沿转子旋转方向移动，并且总温畸变区总温升高，非畸变区总温下降；随着总压畸变强度的增加，AIP截面总压非畸变区的总压基本不变，总压畸变区总压降低。
[0030]作为可选的方案，步骤S4基于步骤S3的计算分析，对压气机进行压力
‑
温度组合畸变试验，获得组合畸变下不同的相位角组合和不同的压力
‑
温度畸变强度组合下压气机的工作线和喘振边界线，得到给定使用条件下的可用稳定裕度；
[0031]其中，步骤S4的验证条件为：给定使用条件下的可用稳定裕度大于等于给定使用条件下的局部需用稳定裕度，
[0032]所述本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种发动机气动稳定性的符合性验证方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：概念设计阶段，根据型号设计的需求，量化发动机的气动稳定性，以预估发动机型号系列；S2：工程设计阶段，基于S1中预估的发动机型号系列，确定压力
‑
温度组合畸变影响程度，确定发动机的需用稳定裕度范围；S3：气动稳定性分析阶段，具体分析步骤包括：S31:根据发动机型号，获得压气机几何尺寸和性能参数；S32：根据S31中的发动机型号，分析计算发动机整机在均匀进气且不同转速下的工作指标；S33：根据飞行包线确定各典型工况点的飞行参数，同时确定发动机压力
‑
温度组合畸变的进气参数以及相应的发动机转速；S34：基于S31
‑
S33的数据分析计算，根据组合畸变对压气机的耦合影响，确定压气机的局部需用稳定裕度，所述组合畸变包括不同的相位角组合和不同的压力
‑
温度组合；S35：稳定性判断，若步骤S34中的局部需用稳定裕度不在步骤S2发动机的需用稳定裕度范围内，对S31中的发动机型号进行调整，重新设定步骤S3；若步骤S34中的局部需用稳定裕度在步骤S2发动机的需用稳定裕度范围内，完成发动机气动稳定性分析；S4：验证阶段，开展实验室试验或地面试验得到可用稳定裕度，判断S34中的局部需用稳定裕度和S4中可用稳定裕度的大小，当可用稳定裕度小于局部需用稳定裕度，重新设定步骤S3，当可用稳定裕度大于等于局部需用稳定裕度，完成符合性验证。2.如权利要求1所述的发动机气动稳定性的符合性验证方法，其特征在于，步骤S31中所述几何尺寸包括：进气道尺寸、AIP截面轴向位置和轮毂机匣直径，所述性能参数包括压气机失速和喘振裕度；步骤S32中所述工作指标包括压比
‑
流量特性、压比
‑
绝热效率特性以及喘振工作线；步骤S33中所述飞行参数包括飞行高度和飞行速度。3.如权利要求1所述的发动机气动稳定性的符合性验证方法，其特征在于，所述步骤S2还包括如下步骤：S21：制定发动机气动稳定性验证计划，根据审查的项目及其安全重要性来确定符合性验证的对象、基础以及范围；S22：根据对安全影响程度确定重点关注项目和关键点；S23：确定符合性验证条款要求以及其安全意图。4.如权利要求1所述的发动机气动稳定性的符合性验证方法，其特征在于，所述步骤S3还包括如下步骤：S36：结合整机确定压气机的可用稳定裕度，判断不同压力
‑
温度组合畸变影响下压气机是否满足整机性能的要求，验证步骤S34中压气机的局部需用稳定裕度是否满足失速/喘振适航审定的要求，并给出不同工况下压气机安全稳定工作的范围。5.如权利要求1所述的发动机气动稳定性的符合性验证方法，其特征在于，所述步骤S34中相位角大于等于0
°
、小于等于180
°
，所述耦合影响包括：0
°
相位角下压气机的喘振裕度最小，90
°
相位角下压气机的喘振裕度最大，90
°
和180
°
相位角下喘振裕度大于单独总压
畸变。6.如权利要求1所述的发动机气动稳定性的符合性验证方法，其特征在于，所述耦合影响包括：压气机的总压畸变指数在进口段的传播不受总温畸变指数的影响，总温畸变指数随着相位角改变，压气机的压比和效率随着相位角的增大而增大，其中180
°
相位角时压气机压比和效率最大，且大于单独总压畸变影响下的压比和效率。7.如权利要求1所述的发动机气动稳定性的符合性验证方法，其特征在于，所述耦合影响包括：压力
‑
温度组合畸变90
°
相位下，总压或总温畸变强度对压气机喘振裕度的影响小于组合相位角，其中总压畸变强度增大推迟了前缘溢流，使其失稳点换算流量基本相同，而总温畸变强度的增大导致换算转速下降，使特性线向左下移动，导致失稳点流量减小。8.如权利要求1所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：李志平，潘天宇，赵雨洁，朱星宇，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：