[發明專利]一種發動機內結構件的溫度評估方法及系統

有效

• 申請號: 201910964756.0
• 申請日: 2019-10-11
• 公開（公告）號: CN110738011B
• 公開（公告）日: 2022-08-19
• 發明（設計）人: 于明躍;李鑫;陸海鷹;陳皓;李毅;初曉政;吳小軍
• 申請（專利權）人: 中國航發沈陽發動機研究所
• 主分類號: G06F30/28
• 分類號: G06F30/28;G06F119/08
• 代理公司: 北京航信高科知識產權代理事務所(普通合伙) 11526
• 代理人: 劉傳準

本申請屬于發動機溫度評估技術領域，涉及一種發動機內結構件的溫度評估方法及系統。所述方法包括根據純流體CFD計算模型，確定結構件處流動參數與換熱努賽爾數之間的關系，獲得第一函數表達式；根據所述第一函數表達式，在發動機處于試車狀態下，計算第一換熱努賽爾數；在發動機處于臺架試車狀態下，獲得所述結構件的第二換熱努賽爾數，修正所述第一函數表達式，獲得第二函數表達式；根據所述第二函數表達式計算換熱努賽爾數，從而對所述結構件進行溫度評估。本發明綜合考慮發動機內非典型結構換熱的主要影響因素和零件整體溫度測試驗證結果，既能保證較高的計算精度，又避免了大模型流固耦合CFD計算，節省了計算量。

技術領域

本申請屬于發動機溫度評估技術領域，特別涉及一種發動機內結構件的溫度評估方法及系統。

背景技術

航空發動機是一種復雜而又精密的動力機械產品，具有推力大、工作溫度高等特點。發動機零部件工作狀態溫度場的評估，對于發動機性能和結構設計、零件選材都有著重要的意義。

發動機零部件溫度評估結果的用戶包括發動機結構、性能、強度等多個發動機設計部門，這就決定了發動機零部件溫度分析工作需要關注的狀態點極多，涵蓋發動機使用包線內的多個狀態點。

顯然，由效率、成本等原因，無法直接進行逐個狀態各個零部件溫度測量。進行溫度分析時，必須依據已知的發動機狀態參數，進行相應狀態零件溫度評估，即各結構多狀態的換熱計算工作。

在換熱計算過程中，一些結構較典型、流動較規則的位置可以利用換熱準則公式進行多狀態換熱計算。例如，發動機機匣外表面，幾何較為規則，近似為圓柱體，可以利用圓管或平板換熱準則計算。大多數渦輪盤結構也具有相似性，也有專門的旋轉盤類換熱準則。上述問題在航空發動機熱分析工作中可稱為典型結構換熱問題。

但在機匣局部內腔、局部蜂窩結構等結構尺寸不規則、流動復雜的非典型結構位置，沒有專門的準則換熱公式進行換熱計算。這類問題即為非典型結構位置的換熱計算問題。

關于航空發動機內非典型結構的計算方法，目前的技術方案包括兩種：

1)近似使用典型結構的換熱準則

這實際上是迫于技術能力，不得以忽略了非典型結構的一些特征采取的一種近似算法。其缺點是計算精度較差。

2)全CFD仿真計算。

CFD計算工具的出現，為這類問題提供了一種解決方案。但是為了得到合理的溫度場，必須保證分析模型完整，即計算模型應為整個零部件，除了包含非典型結構外，還要包括典型結構，且要求進行包含流體與固體的耦合CFD計算。這一方案的缺點是計算量大，計算效率低，適合科學研究，但很難滿足工程上對計算速度的需求。

發明內容

為了解決上述技術問題至少之一，本申請提供了一種發動機內結構件的溫度評估方法及系統，用于對非典型結構件進行溫度評估。

本申請第一方面提供了一種發動機內結構件的溫度評估方法，主要包括：

步驟S1、建立所述發動機內結構件的純流體CFD計算模型；

步驟S2、獲取發動機處于設定狀態下的結構件處流動參數與換熱努賽爾數之間的關系，獲得第一函數表達式；

步驟S3、根據所述第一函數表達式，在發動機處于試車狀態下，計算第一換熱努賽爾數；

步驟S4、在發動機處于臺架試車狀態下，獲取與所述結構件接觸的典型零件的接觸處溫度，并根據典型零件換熱函數計算所述結構件的第二換熱努賽爾數，所述典型零件為與所述發動機內結構件接觸的規則零件；

步驟S5、根據所述第一換熱努賽爾數與所述第二換熱努賽爾數，修正所述第一函數表達式，獲得第二函數表達式；