压气机可调静子角度优化方法技术

提供一种压气机可调静子角度优化方法，应用于多级可调静子角度的寻优，其特征在于，包括如下步骤：A1.确定压气机的因变量参数，并确定目标因变量参数值，以各级可调静子的角度为自变量；A2.固定压气机转速，从最后一级可调静子的角度开始调整，进行压气机试验，当最后一级的因变量参数匹配目标因变量参数值时，确定最后一级可调静子的匹配角度；A3.从后往前地逐级调整各级可调静子角度，至各级的因变量参数均匹配至各级的目标因变量参数值，获取各级可调静子的匹配角度。上述优化方法针对不同的优化目标，能够实现可调静子角度优化策略的快速寻优，加快试验进程。加快试验进程。加快试验进程。

【技术实现步骤摘要】
压气机可调静子角度优化方法


[0001]本专利技术涉及航空发动机领域，具体涉及压气机试验领域。

技术介绍

[0002]高压压气机作为航空发动机的重要部件，其性能优劣对发动机的性能至关重要，因此在压气机部件设计过程中往往需要开展压气机性能试验以验证压气机的性能能否满足发动机要求。
[0003]众所周知，压气机设计是一门复杂学科，实现气流在压气机内的高效增压过程难度较大；并且，由于高压压气机级数多，多级匹配对压气机的性能影响较大。尽管实现了压气机的设计，但是由于加工、试制、装配等误差以及间隙与设计的误差、CFD计算与实际试验的偏差，往往会导致在压气机性能试验过程中，与设计存在较大的偏差，甚至会导致压气机的效率、裕度偏低。如，压气机在低转速工况下表现出前喘后堵，在高转速状态下又表现出前堵后喘的匹配状态。
[0004]因此现代压气机设计中往往采用可调静子叶片（Variable Stator Vane，VSV）来试验压气机在不同转速下的多级匹配，使得各级匹配满足设计目标，或使得压气机效率进一步提高，或使得压气机裕度提高。
[0005]但是，在试验过程中，单排可调静子的调整往往会影响多级的负荷。如图1所示，单排可调静子角度（安装角）的改变影响了当前级及前面所有级的压比匹配，但对该级之后的压比匹配的影响微乎其微。
[0006]此外，如一台十级压气机中通常有4~5级的可调静子叶片，其角度组合数众多，如何在众多角度组合中寻优，高效实现可调静子角度的优化，成为压气机性能试验过程中亟待解决的问题。

技术实现思路

[0007]本专利技术的一个目的是提供一种压气机可调静子角度优化方法，能够针对不同优化目标实现多级可调静子角度的合理、快速寻优。
[0008]为实现上述目的的压气机可调静子角度优化方法，应用于多级可调静子角度的寻优，其特征在于，包括如下步骤：A1.确定压气机的因变量参数，并确定目标因变量参数值，以各级可调静子的角度为自变量；A2.固定压气机转速，从最后一级可调静子的角度开始调整，进行压气机试验，当所述最后一级的因变量参数匹配所述目标因变量参数值时，确定最后一级可调静子的匹配角度；A3.从后往前地逐级调整各级可调静子角度，至各级的因变量参数均匹配各级的目标因变量参数值，获取各级可调静子的匹配角度。
[0009]在一个或多个实施例中，所述目标因变量参数为压比，所述目标因变量参数值为设计压比值。
[0010]在一个或多个实施例中，先进行压气机流量的调节。
[0011]在一个或多个实施例中，调节压气机流量的步骤为：确定目标总流量；从前往后地
逐级调整各级可调静子的角度，使压气机总流量匹配所述目标总流量。
[0012]在一个或多个实施例中，最先调节进气导流叶片的角度。
[0013]在一个或多个实施例中，所述目标因变量参数为压气机效率，所述目标因变量参数值为步骤A2或A3中测试得到的压气机效率范围内的最大值。
[0014]在一个或多个实施例中，各级所述可调静子的角度变化范围为
‑
7~+7
°
，正值表示关小该级可调静子，负值表示张大该级可调静子。
[0015]由于单排可调静子角度的改变影响了当前级及前面所有级的压比负荷匹配，对该级之后的影响微乎其微，因此上述压气机可调静子角度优化方法从后往前地优化可调静子角度的策略，能够在不影响在后级别的静子角度的前提下实现各级可调静叶安装角的快速寻优。
附图说明
[0016]本专利技术的上述的以及其他的特征、性质和优势将通过下面结合附图和实施例的描述而变得更加明显，其中：图1是第4级可调静子角度变化对各级压比的影响示意图；图2是多级压气机的示意图；图3是压气机可调静子角度优化方法的流程图；图4是以压比为因变量参数时的5级可调静子角度调节过程的流程图；图5是压气机流量调整过程中5级可调静子角度调节过程的流程图；图6是以压气机效率因变量参数时的5级可调静子角度调节过程流程图。
具体实施方式
[0017]下面结合具体实施例和附图对本专利技术作进一步说明，在以下的描述中阐述了更多的细节以便于充分理解本专利技术，但是本专利技术显然能够以多种不同于此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本专利技术内涵的情况下根据实际应用情况作类似推广、演绎，因此不应以此具体实施例的内容限制本专利技术的保护范围。
[0018]需要注意的是，这些以及后续其他的附图均仅作为示例，其并非是按照等比例的条件绘制的，并且不应该以此作为对本专利技术实际要求的保护范围构成限制。
[0019]图2示出了多级压气机的示意图，IGV表示进口导流叶片（Inlet Guide Vane），而后的R1表示第一级转子（Rotor），S1表示第一级静子（Stator），依次类推至第十级转子R10。最后一级OGV为出口导流叶片（Outlet Guide Vane）。可调静子叶片（Variable Stator Vane，VSV）为角度可调的静子叶片。
[0020]在本申请中，各级静子均为可调静子叶片（VSV）。
[0021]图1示出了任一级别可调静子角度变化对各级压比的影响示意图，并以第4级可调静子叶片为例。在图1中，横坐标表示质量流量（Mass Flow），纵坐标表示压气机总压比（Total Pressure Ratio），根据横坐标质量流量的增加，从左向右的各列离散点分别表示第7级到第1级叶片。
[0022]需要说明的是，图1中示出的是各级叶片，一般的，各级叶片包括一级静子叶片和一级转子叶片，如图1中的第四级叶片包括图2的第3级静叶S3和第4级动叶R4，也即第3级静
叶S3和第4级动叶R4之间的区域。
[0023]在图1中，当调节第4级可调静子的角度，如菱形所示的，张大第4级可调静子4
°
，则该级可调静子角度的改变影响了当前级及前面所有级叶片，也即第3、2、1级叶片的负荷匹配，对该级之后的叶片负荷匹配的影响微乎其微，如图1所示的第7、6、5级叶片特性，压比流量几乎不存在变化。又如正三角形所示的，关小第4级可调静子4
°
，当前级及前面所有级叶片的负荷匹配受到影响，但第7、6、5级叶片仍然不变，各压比的离散点接近于集中在同一状态。
[0024]根据该数据得出以下规律：单级可调静子角度，又称单级可调静子的安装角，的改变影响了当前级及前面所有级的压比匹配，但对该级之后的压比匹配的影响微乎其微。
[0025]本公开的压气机可调静子角度优化方法用于针对不同的目标因变量参数，实现多级可调静子角度的快速寻优。
[0026]自变量为各级可调静子的角度，因变量参数是根据各级可调静子的角度而变化的压气机参数，是不同的压气机优化目标，如将压比（pressure ratio）作为因变量参数，表征空气压力在压气机内提高的程度；还可以以压气机效率作为因变量参数，表征理想压气机功与实际压气机功的比值。
[0027]如图3所示，该方法包括如下步骤：A本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.压气机可调静子角度优化方法，应用于多级可调静子角度的寻优，其特征在于，包括如下步骤：A1.确定压气机的因变量参数，并确定目标因变量参数值，以各级可调静子的角度为自变量；A2.固定压气机转速，从最后一级可调静子的角度开始调整，进行压气机试验，当所述最后一级的因变量参数匹配所述目标因变量参数值时，确定最后一级可调静子的匹配角度；A3.从后往前地逐级调整各级可调静子角度，至各级的因变量参数均匹配至各级的目标因变量参数值，获取各级可调静子的匹配角度。2.如权利要求1所述的压气机可调静子角度优化方法，其特征在于，所述目标因变量参数为压比，所述目标因变量参数值为设计压比值。3.如权利要求2项所述的压气机可调静子角度优化方法，其特征在于，先进行压气机流量的调节。...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾瑞慧，高国荣，孙震宇，陈美宁，
申请(专利权)人：中国航发上海商用航空发动机制造有限责任公司，
类型：发明
国别省市：