一种航空燃气涡轮发动机部件特性局部修正方法技术

本发明专利技术公开了一种航空燃气涡轮发动机部件特性局部修正方法，包括步骤：S1)根据发动机关键试车数据，确定优化目标参数；根据发动机工况定义修正系数，确定待优化参数；S2)采用优化算法对特性图进行整体修正，依次匹配发动机设计点和慢车点；S3)采用优化算法分别对其他中间非设计点进行修正，反映到特性图中，仅修正由相邻等转速线和β线确定的特性数据，对特性图进行局部修正，并采用拟合椭圆曲线法对等转速线的其他数据点补充修正，最终得到与试车数据匹配的特性图。本发明专利技术采用的部件特性局部修正方法，将特性缩放法和特性构造法相结合，避免了传统部件修正方法中对稳态点分区不准确问题，能简单、准确、快速地对特性图进行修正，提高航空发动机建模精度。提高航空发动机建模精度。提高航空发动机建模精度。

【技术实现步骤摘要】
一种航空燃气涡轮发动机部件特性局部修正方法


[0001]本专利技术具体涉及一种航空发动机数学模型部件特性局部修正方法，属于航空宇航推进理论与工程中的建模与修正领域。

技术介绍

[0002]燃气涡轮的仿真、故障诊断和性能预测依赖于与实验数据精确匹配的数学模型。对于处于预研阶段的发动机，往往没有完整的部件图，通常使用通用部件图或者类似航空发动机的部件图进行计算。若选定的部件特性图与真实特性不匹配，则会导致发动机性能在非设计点计算结果不准确；或者对于已经在试验台架上测试过的发动机，由于发动机制造公差、装配误差等，也会造成装配后的实际部件特性偏离从单个组件获得的部件特性。当模型输出与实际发动机部件特性有较大差异时，发动机模型则不能用于评估发动机性能。因此，精确修正或调整部件特性图以减少模型和实际发动机之间的性能误差具有重要意义。
[0003]当前发动机部件特性修正技术可以分为两大类：基于部件特性本身的表达和基于相似理论对已有的特性图进行缩放。目前，最常用的通用设计技术，是通过优化方法和缩放设计来改变已有部件特性图的形状，使其与目标发动机的试验数据相匹配。譬如，专利技术专利CN109871653A中公布了一种根据稳态和动态试验数据对特性图分块修正方法，专利CN112507477A中公布了一种利用“下赶法”建立修正系数与缩放系数映射的修正方法，这些方法都需要在特性图中对多个稳态点按等折合转速线进行分区，自高转速向低转速修正。但是在大多数情况下，各部件的实验数据有限，无法准确判断各稳态点折合转速所在的位置，因此只能在修正开始前预估稳态点分区，在修正后进行判断。若修正前后分区一致，才认为修正正确，否则重新划分分区，重新进行修正，这增加了修正难度性和复杂性；其次，在分区修正时，采用保持区间高转速线不变，对低转速线修正的方式，在寻优时容易造成特性线的交叉和杂乱。
[0004]本专利技术提出了一种新的航空发动机数学模型部件特性局部修正方法，将特性缩放法和特性构造法相结合，降低了传统发动机部件修正方法的复杂性和盲目性，能快速对特性图进行修正，匹配发动机试车数据。

技术实现思路

[0005]针对上述问题，本专利技术提供了一种新的航空发动机数学模型部件特性局部修正方法，将特性缩放法和特性构造法相结合，通过确定每个稳态点在特性图中相邻等折合转速线和β线位置以及对应的修正系数，对部件特性图进行局部修正，并采用拟合椭圆曲线法对等转速线的其他数据点补充修正，克服了现有技术不足，能简单、准确、快速地对特性图进行修正，匹配发动机试车数据，提高航空发动机建模精度。
[0006]本专利技术技术方案：
[0007]一种航空发动机数学模型部件特性局部修正方法，包括以下步骤：
[0008]步骤S1、根据航空燃气涡轮发动机关键试车数据，确定优化目标参数；根据航空燃气涡轮发动机工况定义修正系数，确定待优化参数；
[0009]步骤S2、根据步骤S1确定的目标参数和待优化参数，采用优化算法依次对发动机设计点和慢车点进行修正，并利用修正系数对特性图整体缩放，得到新的特性图；
[0010]步骤S3、基于步骤S2得到的特性图，采用优化算法依次对其他中间非设计点进行修正，确定每个稳态点在特性图中的相邻等折合转速线和β线位置以及对应的修正系数，通过修正稳态点所在的相邻等折合转速线和β线的特性数据，对步骤S2得到的特性图进行局部修正，并采用拟合椭圆曲线法对等转速线的其他数据补充修正，最终得到与试车数据匹配的特性图。
[0011]进一步的，所述步骤S1中具体包括：
[0012]步骤S101、根据航空燃气涡轮发动机关键试车数据，选取发动机优化目标参数：对于航空燃气涡轮发动机而言，一般选取转子转速、压缩部件出口总压、燃油流量、涡轮出口总温作为目标参数；
[0013]步骤S102、根据航空燃气涡轮发动机工况定义修正系数：设计点修正时，以特性图上压比等于1、折合流量等于0、效率等于0的点为缩放中心，即(1，0，0)点，对特性图进行修正，定义设计点修正系数：
[0014][0015][0016][0017]式中，Cof
π1
、Cof
W1
、Cof
η1
为设计点压比、流量和效率修正系数，π
map
、W
map
、η
map
为通用发动机特性图map的设计点部件特性，π
ds
、W
ds
、η
ds
为发动机实际设计点部件特性；
[0018]步骤S103、确定设计点待优化参数：不直接优化设计点修正系数，选择部件压比损失系数、燃烧室燃烧效率、轴机械效率和引气作为设计点待优化参数；
[0019]步骤S104、非设计点修正时，以特性图上压比等于π
ds
、折合流量等于W
ds
、效率等于η
ds
的点为缩放中心，即(π
ds
，W
ds
，η
ds
)点，对特性图进行修正，定义非设计点修正系数：
[0020]π
map2
＝Cof
π2
×
(π
map1
‑
π
ds
)+π
ds
ꢀꢀꢀꢀꢀ
(10)
[0021]W
map2
＝Cof
W2
(W
map1
‑
W
ds
)+W
ds
ꢀꢀꢀꢀ
(11)
[0022]η
map2
＝Cof
η2
(η
map1
‑
η
ds
)+η
ds
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(12)
[0023]式中，Cof
π2
、Cof
W2
、Cof
η2
为非设计点压比、流量和效率修正系数，下标map1为修正前的特性图，下标map2为修正后的新特性图；
[0024]步骤S105、确定非设计点待优化参数：选择发动机各部件的压比、流量和效率修正系数为待优化参数。
[0025]进一步的，所述步骤S2中具体包括：
[0026]步骤S201、根据发动机试车数据确定设计点和慢车点测量数据；
[0027]步骤S202、依据步骤S1确定的目标参数和设计点待优化参数，采用优化算法对设计点进行修正，获得设计点修正系数Cof
π1
、Cof
W1
、Cof
η1
，通过对特性图整体缩放获得新特性
图map1，修正后的部件特性如式(7)
‑
(9)所示：
[0028]π
map1
＝Cof
π1
(π
map
‑
1)+1
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种航空燃气涡轮发动机部件特性局部修正方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤S1、根据航空燃气涡轮发动机关键试车数据，确定优化目标参数；根据航空燃气涡轮发动机工况定义修正系数，确定待优化参数；步骤S2、根据步骤S1确定的目标参数和待优化参数，采用优化算法依次对发动机设计点和慢车点进行修正，并利用修正系数对特性图整体缩放，得到新的特性图；步骤S3、基于步骤S2得到的特性图，采用优化算法依次对其他中间非设计点进行修正，确定每个非设计点在特性图中相邻等折合转速线和β线位置以及对应的修正系数，通过修正由相邻等折合转速线和β线位置确定的特性数据，对步骤S2得到的特性图进行局部修正，并采用拟合椭圆曲线法对等转速线的其他数据补充修正，最终得到与试车数据匹配的特性图。2.根据权利要求1所述的一种航空燃气涡轮发动机部件特性局部修正方法，其特征在于，所述步骤S1中具体包括：步骤S101、根据关键试车数据，选取航空燃气涡轮发动机优化目标参数；步骤S102、根据航空燃气涡轮发动机工况定义修正系数：设计点修正时，以特性图压比等于1、折合流量等于0、效率等于0的点为缩放中心，即(1，0，0)点，对特性图进行修正，定义设计点修正系数：修正系数：修正系数：式中，Cof
π1
、Cof
W1
、Cof
η1
为设计点压比、流量和效率修正系数，π
map
、W
map
、η
map
为发动机通用特性图map的设计点部件特性，π
ds
、W
ds
、η
ds
为发动机实际设计点部件特性；步骤S103、确定设计点待优化参数：不直接优化设计点修正系数，选择部件压比损失系数、燃烧室燃烧效率、轴机械效率和引气等作为设计点待优化参数；步骤S104、非设计点修正时，以特性图上压比等于π
ds
、折合流量等于W
ds
、效率等于η
ds
的点为缩放中心，即(π
ds
，W
ds
，η
ds
)点，对特性图进行修正，定义非设计点修正系数：π
map2
＝Cof
π2
×
(π
map1
‑
π
ds
)+π
ds
ꢀꢀꢀꢀ
(4)W
map2
＝Cof
W2
(W
map1
‑
W
ds
)+W
ds
ꢀꢀꢀꢀ
(5)...

【专利技术属性】
技术研发人员：王佳雯，黄向华，张天宏，向航标，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：