【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于航空发动机及燃气轮机，具体涉及一种涡扇发动机整机转差定量设计方法。
技术介绍
1、目前航空发动机广泛采用双转子结构，即分别由高、低压涡轮驱动的高压转子和低压转子，中、小推力级发动机一般采用一级高压涡轮和一级低压涡轮方案。在发动机工作时，高、低压转子应在总体性能方案规定的理论转速附近工作，以实现各部件在既定的高效状态下匹配工作。因此，发动机工作时会限制设计状态下高压转子转速和低压转子转速之差(即转差)在某一范围内，若转差显著超出该范围，将导致整机性能无法达标。
2、对于双转子涡扇发动机转差影响的主要参数是发动机的“三面积”，即高压涡轮导向器喉道面积、低压涡轮导向器喉道面积和尾喷口喉道面积。由于涡轮导向器喉道面积与涡轮膨胀比之间的定性关系是明确的，目前研发中使用的方法主要是整机实物调试，即根据初步设计方案试制出发动机整机，通过试车获得发动机转差实际大小，然后根据涡轮导向器喉道面积与涡轮膨胀比之间的定性关系确定高、低压涡轮导向器喉道面积的调整方向(增大或者减小)，但调整量则根据经验估计；将调整后的涡轮导向器装机后进行验证，若转差仍然不满足要求，则继续进行上述调整，直到初步确定合适的高、低导喉道面积范围。由于缺少高、低导喉道面积与整机转差的量化关系，转差调整过程效率低、工作量大，且确定的高、低道喉道面积匹配关系不明确，验收范围不够准确。
技术实现思路
1、为了解决上述问题，本专利技术旨在提供一种涡扇发动机整机转差定量设计方法。
2、为了实现上述目的，本
3、一种涡扇发动机整机转差定量设计方法，包括如下步骤：
4、s1.建立高压涡轮导向器、低压涡轮导向器喉道面积与两级涡轮的膨胀比分配关系；
5、s2.建立经试验结果修正的涡轮级功率特性模型；
6、s3.基于已有的整机试车结果确定基准转差；
7、s4.以整机转差定量调整为目标的高、低导喉道面积匹配设计。
8、步骤s1中，建立高压涡轮导向器、低压涡轮导向器喉道面积与两级涡轮的膨胀比分配关系，包括如下步骤：
9、s11.利用三维仿真工具，开展不同高压涡轮导向器、低压涡轮导向器喉道面积下的两级气冷影响的涡轮联算，分别获得高压涡轮导向器、低压涡轮导向器喉道面积变化率与两级涡轮膨胀比变化率关系，并画出比例关系图；
10、s12.根据关系图的分布特征进行回归分析，分别获得高导喉道面积、低导喉道面积与两级涡轮膨胀比分配特性关系的量化模型；
11、步骤s12中，高导喉道面积与两级涡轮膨胀比分配特性关系的量化模型为：高导喉道面积变化率x1与高压涡轮膨胀比变化率y1拟合模型为：y1＝-0.9107x1；高导喉道面积变化率x1与低压涡轮膨胀比变化率y2拟合模型为：y2＝0.52481x1。
12、步骤s12中，低导喉道面积与两级涡轮膨胀比分配特性关系的量化模型为：低导喉道面积变化率x2与高压涡轮膨胀比变化率y1拟合模型为：y1＝-0.028639x22+0.657031x2；低导喉道面积变化率x2与低压涡轮膨胀比变化率y2拟合模型为：y2＝0.03204x22-0.74414x2。
13、步骤s2中，利用已有的高压涡轮、低压涡轮功率特性试验结果和三维仿真结果，在膨胀比变化率范围内，开展多项式回归分析，获得高、低压涡轮功率特性的三维仿真结果修正模型。
14、高压涡轮功率特性的三维仿真结果修正模型为：△y＝-0.00529x2-0.01116x+1.68152；低压涡轮功率特性的三维仿真结果修正模型为：△y＝-0.0009x2-0.0692x+3.3032；其中y为折合功率，x为涡轮级膨胀比变化率。
15、基于高、低压涡轮功率特性的三维仿真结果修正模型，对待调整发动机高压涡轮、低压涡轮功率特性的三维仿真结果进行修正，获得修正后的高压涡轮功率特性模型为y＝-0.01777x2+1.91044x+280.42927；修正后的低压涡轮功率特性模型为y＝-0.01849x2+2.18255x+177.54764；其中y为折合功率，x为涡轮级膨胀比变化率。
16、步骤s3中，将整机试车转差δn试车分为理论转差δn额定、制造波动带来的转差变化量δn制造影响，以及高导喉道面积、低导喉道面积变化带来的转差变化量δn面积影响，关系为δn试车＝δn额定+δn制造影响+δn面积影响；基准转差为δn基准＝δn额定+δn制造影响；针对已有的若干条整机转差试车结果δn试车，可以根据步骤s1和步骤s2建立的计算模型，计算出对应的δn面积影响，进而计算出若干δn基准，然后求算术平均作为高导喉道面积、低导喉道面积匹配设计流程中使用的δn平均基准。
17、步骤s4中，根据步骤s1至步骤s3相关量化模型和计算参数进行匹配计算，获得两条极限等转差线，在两条极限等转差线之间的区域，是符合转差定量指标的高、低导喉道面积匹配区域。
18、与现有技术相比，本专利技术具有以下优势：
19、本专利技术中的一种涡扇发动机整机转差定量设计方法，将复杂的整机匹配问题简化为高、低压涡轮之间的功率分配关系问题，并提出了相关计算模型的建立方法和完整的匹配计算方法，调整效率、精度高，可满足工程使用需求。
20、本专利技术提供了相关分配特性模型、修正模型的建立方法、试车数据评估方法以及用于导向器面积匹配设计的求解方法，可以在不同类型的航空发动机转差定量调整中使用，通用性强。
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1.一种涡扇发动机整机转差定量设计方法，其特征在于：包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种涡扇发动机整机转差定量设计方法，其特征在于：步骤S1中，建立高压涡轮导向器、低压涡轮导向器喉道面积与两级涡轮的膨胀比分配关系，包括如下步骤：
3.根据权利要求2所述的一种涡扇发动机整机转差定量设计方法，其特征在于：步骤S12中，高导喉道面积与两级涡轮膨胀比分配特性关系的量化模型为：高导喉道面积变化率x1与高压涡轮膨胀比变化率y1拟合模型为：y1＝-0.9107x1；高导喉道面积变化率x1与低压涡轮膨胀比变化率y2拟合模型为：y2＝0.52481x1。
4.根据权利要求2所述的一种涡扇发动机整机转差定量设计方法，其特征在于：步骤S12中，低导喉道面积与两级涡轮膨胀比分配特性关系的量化模型为：低导喉道面积变化率x2与高压涡轮膨胀比变化率y1拟合模型为：y1＝-0.028639x22+0.657031x2；低导喉道面积变化率x2与低压涡轮膨胀比变化率y2拟合模型为：y2＝0.03204x22-0.74414x2。
5.根据权利要求1所述的一种涡
6.根据权利要求5所述的一种涡扇发动机整机转差定量设计方法，其特征在于：高压涡轮功率特性的三维仿真结果修正模型为：△y＝-0.00529x2-0.01116x+1.68152；低压涡轮功率特性的三维仿真结果修正模型为：△y＝-0.0009x2-0.0692x+3.3032；其中y为折合功率，x为涡轮级膨胀比变化率。
7.根据权利要求6所述的一种涡扇发动机整机转差定量设计方法，其特征在于：基于高、低压涡轮功率特性的三维仿真结果修正模型，对待调整发动机高压涡轮、低压涡轮功率特性的三维仿真结果进行修正，获得修正后的高压涡轮功率特性模型为y＝-0.01777x2+1.91044x+280.42927；修正后的低压涡轮功率特性模型为y＝-0.01849x2+2.18255x+177.54764；其中y为折合功率，x为涡轮级膨胀比变化率。
8.根据权利要求1所述的一种涡扇发动机整机转差定量设计方法，其特征在于：步骤S3中，将整机试车转差ΔN试车分为理论转差ΔN额定、制造波动带来的转差变化量ΔN制造影响，以及高导喉道面积、低导喉道面积变化带来的转差变化量ΔN面积影响，关系为ΔN试车＝ΔN额定+ΔN制造影响+ΔN面积影响；基准转差为ΔN基准＝ΔN额定+ΔN制造影响；针对已有的若干条整机转差试车结果ΔN试车，可以根据步骤S1和步骤S2建立的计算模型，计算出对应的ΔN面积影响，进而计算出若干ΔN基准，然后求算术平均作为高导喉道面积、低导喉道面积匹配设计流程中使用的ΔN平均基准。
9.根据权利要求1所述的一种涡扇发动机整机转差定量设计方法，其特征在于：步骤S4中，根据步骤S1至步骤S3相关量化模型和计算参数进行匹配计算，获得两条极限等转差线，在两条极限等转差线之间的区域，是符合转差定量指标的高、低导喉道面积匹配区域。
...【技术特征摘要】
1.一种涡扇发动机整机转差定量设计方法，其特征在于：包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种涡扇发动机整机转差定量设计方法，其特征在于：步骤s1中，建立高压涡轮导向器、低压涡轮导向器喉道面积与两级涡轮的膨胀比分配关系，包括如下步骤：
3.根据权利要求2所述的一种涡扇发动机整机转差定量设计方法，其特征在于：步骤s12中，高导喉道面积与两级涡轮膨胀比分配特性关系的量化模型为：高导喉道面积变化率x1与高压涡轮膨胀比变化率y1拟合模型为：y1＝-0.9107x1；高导喉道面积变化率x1与低压涡轮膨胀比变化率y2拟合模型为：y2＝0.52481x1。
4.根据权利要求2所述的一种涡扇发动机整机转差定量设计方法，其特征在于：步骤s12中，低导喉道面积与两级涡轮膨胀比分配特性关系的量化模型为：低导喉道面积变化率x2与高压涡轮膨胀比变化率y1拟合模型为：y1＝-0.028639x22+0.657031x2；低导喉道面积变化率x2与低压涡轮膨胀比变化率y2拟合模型为：y2＝0.03204x22-0.74414x2。
5.根据权利要求1所述的一种涡扇发动机整机转差定量设计方法，其特征在于：步骤s2中，利用已有的高压涡轮、低压涡轮功率特性试验结果和三维仿真结果，在膨胀比变化率范围内，开展多项式回归分析，获得高、低压涡轮功率特性的三维仿真结果修正模型。
6.根据权利要求5所述的一种涡扇发动机整机转差定量设计方法，其特征在于：高压涡轮功率特性的三维仿真结果修正模型为：△y＝-0.00529x2-0.01116x+1.6815...
【专利技术属性】
技术研发人员：祁麟，栗尼娜，赵熙，杨锐，褚云会，王方建，吴锦华，杨焜，喻仲昆，赵洪通，雷超，
申请(专利权)人：中国航发贵阳发动机设计研究所，
类型：发明
国别省市：
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