【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及航空涡轮轴发动机，尤其涉及一种砂尘冲蚀磨损对涡轮轴发动机性能影响的评估方法。
技术介绍
1、广泛分布的砂尘环境，对直升机的各部件、系统、机载设备，特别是发动机具有严重影响。砂尘呗涡轮轴发动机吞咽所造成的恶果是：压气机叶片腐蚀及由此产生的发动机性能恶化，最终导致发动机的使用寿命缩短。
2、直升机在自然的风吹和旋翼诱发的下洗气流作用下，强风携带的砂尘能够磨损直升机的活动部件和固定外表面，而进入涡轮轴发动机的砂尘会磨损、腐蚀压气机和涡轮叶片。长期在砂尘环境工作，涡轮轴发动机的压气机叶片损伤尤为明显，叶片前缘磨损，叶尖间隙增大，最终导致压气机性能退化，效率下降，发动机功率降低。当叶片磨损达到一定程度，会诱发涡轮轴发动机喘振及停车，严重危害飞行安全和直升机使用完好率。
3、冲蚀是指材料表面受到来自气流或者液体携带的固体颗粒冲击以致材料表面出现的一种渐进性磨损类型，材料遭受的冲蚀损伤可按砂尘的冲击速度划分为低速、中速和高速三类。过去国内外研究工作主要集中在低速条件下开展砂尘冲蚀金属材料，而对于航空发动机，其高速旋转的叶片与砂尘发生碰撞时，二者的相对碰撞速度会超过300m/s，属于高速冲蚀范畴，现有的低速冲蚀理论难以适用于压气机等转子叶片的高速冲蚀条件。并且在直升机涡轮轴发动机在役使用和安全性问题研究工作中，也需要一种可以定量评估砂尘冲蚀磨损对涡轮轴发动机性能影响的工程方法。
4、现有的评估涡轮轴发动机性能衰减多采用基于飞参数据或数值仿真的方法手段，针对涡轮轴发动机在砂尘环境中工作引起的叶片磨
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于解决
技术介绍
中的至少一个技术问题，提供一种砂尘冲蚀磨损对涡轮轴发动机性能影响的评估方法。
2、为实现上述目的，本专利技术提供一种砂尘冲蚀磨损对涡轮轴发动机性能影响的评估方法，包括：
3、给定涡轮轴发动机的空气流量和吸入砂尘的材料性质，计算吸入涡轮轴发动机的砂尘量；
4、根据稀相气固两相流数学模型，采用计算流体力学软件计算求解压气机通道内的气流流场和砂尘颗粒的运动轨迹；
5、建立砂尘对涡轮轴发动机的压气机叶片冲蚀磨损的数学模型；
6、基于所述运动轨迹和所述数学模型，获得磨损后叶片的叶型，进一步计算求解磨损后压气机通道内部的气流流场，得到砂尘冲蚀磨损后压气机效率的下降量；
7、基于所述压气机效率的下降量，采用发动机总体性能计算软件计算评估发动机性能参数变化情况。
8、根据本专利技术的一个方面，所述计算吸入涡轮轴发动机的砂尘量，包括：
9、计算单位时间进入压气机的砂尘质量：
10、；
11、式中：为单位时间内发动机吸入的砂尘质量；为总的环境严重度指数；为单位时间内进入发动机的空气质量；为空气的密度；为当地每个尘粒的统计平均体积；为当地砂尘的密度；
12、积分求得某一空间位置和时间点上，进入压气机的累积砂尘质量：
13、。
14、根据本专利技术的一个方面，所述采用计算流体力学软件计算求解压气机通道内的气流流场和砂尘颗粒的运动轨迹，包括：
15、通过碰撞前后法向及切向速度恢复系数表示碰撞后的动量变化率：
16、；
17、；
18、式中：分别为颗粒碰撞前和碰撞后的法向速度，分别为颗粒碰撞前和碰撞后的切向速度；为颗粒冲击涡轮轴发动机内壁壁面的入射角度。
19、根据本专利技术的一个方面，所述建立砂尘对涡轮轴发动机叶片磨损的数学模型，包括：
20、将吸入单位质量的砂尘侵蚀作用后叶片的质量损失定义为磨损率，采用tabakoff与grand基于试验数据和理论分析得出磨损率的经验公式：
21、；
22、；
23、；
24、；
25、；
26、式中：为产生最大磨损率对应的入射角； 、、为参考速度，其中，，，为颗粒冲击速度，、、、、为与压气机叶片及入射颗粒的材料性质相关的经验常数。
27、根据本专利技术的一个方面，基于所述运动轨迹和所述数学模型，获得磨损后叶片的叶型，进一步计算求解磨损后压气机通道内部的气流流场，得到砂尘冲蚀磨损后压气机效率的下降量，包括：
28、根据所述砂尘颗粒的运动轨迹和所述叶片冲蚀磨损的数学模型，获取砂尘颗粒撞击叶片的入射角和速度，计算单位时间内砂尘颗粒对压气机叶片的磨损量，获得磨损后叶片的叶型；
29、基于所述叶型，采用计算流体力学软件对压气机通道内部的气流流场进行数值求解，得到磨损后压气机的效率，并与磨损前压气机的效率比较得到效率的下降量。
30、根据本专利技术的一个方面，所述发动机性能参数包括燃气涡轮功率、轴功率和燃油消耗率。
31、根据本专利技术的方案，本专利技术有效地解决了以下技术问题：
32、（1）如何确定吸入涡轮轴发动机的砂尘量；（2）如何定量评估叶片磨损对压气机效率的影响；（3）如何定量评估砂尘冲蚀磨损导致的压气机效率下降对涡轮轴发动机性能的影响。
33、根据本专利技术的方案，针对砂尘工作环境中涡轮轴发动机的叶片磨损、气路堵塞等问题，结合直升机和涡轮轴发动机的结构和使用特点，引入环境严重度指数和稀相气固两相流分析方法，通过构建压气机叶片磨损数学模型，提出了一套涡轮轴发动机性能衰减评估方法，实现了砂尘环境下涡轮轴发动机性能衰减的定量分析与评估。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.一种砂尘冲蚀磨损对涡轮轴发动机性能影响的评估方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的砂尘冲蚀磨损对涡轮轴发动机性能影响的评估方法，其特征在于，所述计算吸入涡轮轴发动机的砂尘量，包括：
3.根据权利要求1所述的砂尘冲蚀磨损对涡轮轴发动机性能影响的评估方法，其特征在于，所述采用计算流体力学软件计算求解压气机通道内的气流流场和砂尘颗粒的运动轨迹，包括：
4.根据权利要求1所述的砂尘冲蚀磨损对涡轮轴发动机性能影响的评估方法，其特征在于，所述建立砂尘对涡轮轴发动机的压气机叶片冲蚀磨损的数学模型，包括：
5.根据权利要求1所述的一种砂尘冲蚀磨损对涡轮轴发动机性能影响的评估方法，其特征在于，基于所述运动轨迹和所述数学模型，获得磨损后叶片的叶型，进一步计算求解磨损后压气机通道内部的气流流场，得到砂尘冲蚀磨损后压气机效率的下降量，包括：
6.根据权利要求1-5中任一项所述的砂尘冲蚀磨损对涡轮轴发动机性能影响的评估方法，其特征在于，所述发动机性能参数包括燃气涡轮功率、轴功率和燃油消耗率。
【技术特征摘要】
1.一种砂尘冲蚀磨损对涡轮轴发动机性能影响的评估方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的砂尘冲蚀磨损对涡轮轴发动机性能影响的评估方法，其特征在于，所述计算吸入涡轮轴发动机的砂尘量，包括：
3.根据权利要求1所述的砂尘冲蚀磨损对涡轮轴发动机性能影响的评估方法，其特征在于，所述采用计算流体力学软件计算求解压气机通道内的气流流场和砂尘颗粒的运动轨迹，包括：
4.根据权利要求1所述的砂尘冲蚀磨损对涡轮轴发动机性能影响的评估方法，其特征在...
【专利技术属性】
技术研发人员：欧白羽，石嵩，单伟忠，杨勐，潘波，
申请(专利权)人：中国人民解放军陆军航空兵学院陆军航空兵研究所，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。