[發明專利]一種航空燃氣渦輪發動機渦輪特性的格式轉換方法

有效

• 申請號: 201910983915.1
• 申請日: 2019-10-16
• 公開（公告）號: CN110866312B
• 公開（公告）日: 2022-03-29
• 發明（設計）人: 蘇三買;陳貞來;李榮
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: G06F30/17
• 分類號: G06F30/17
• 代理公司: 西北工業大學專利中心 61204
• 代理人: 劉新瓊

本發明涉及一種航空燃氣渦輪發動機渦輪特性的格式轉換方法,將以落壓比為橫坐標，換算流量與效率分別為縱坐標，并按不同等換算轉速線區分的一族落壓比—換算流量曲線和落壓比—效率曲線格式的渦輪基礎特性，轉換為以換算轉速為橫坐標，當量渦輪功和效率分別為縱坐標，并按不同等換算流量線區分的一族換算轉速—當量渦輪功曲線和換算轉速—效率曲線格式表示的渦輪轉換特性。為航空燃氣渦輪發動機在基于部件法建模中提供更加靈敏的渦輪特性形式，以避免采用渦輪基礎特性因換算流量隨落壓比基本不變而導致模型計算收斂性差的不足。

技術領域

本發明涉及航空燃氣渦輪發動機技術領域，具體涉及一種航空燃氣渦輪發動機渦輪特性的格式轉換方法。

背景技術

渦輪是航空燃氣渦輪發動機的一個主要部件，其功能是把來自燃燒室高溫高壓燃氣的氣動能轉化為驅動發動機轉子旋轉的機械能。其中描述渦輪的換算轉速、當量渦輪功、落壓比、換算流量、效率各參數之間關系的渦輪特性是航空燃氣渦輪發動機數學模型建模的基礎。渦輪特性的不同表述形式直接影響基于發動機數學模型的發動機設計、性能評估、控制律設計、故障診斷與健康監控的質量。

實際工程中，渦輪特性通過實驗或氣動計算方法獲取，特征是以落壓比為橫坐標，換算流量與效率分別為縱坐標，并按不同等換算轉速線區分的一族落壓比—換算流量曲線和落壓比—效率曲線所表示的曲線，該形式特性為渦輪基礎特性。由渦輪的工作原理及特點可知，隨著落壓比增加，渦輪在實際應用的工作范圍內，通常處于氣動的臨界狀態，在這種狀態下，上述形式表示的渦輪特性中，換算流量隨著落壓比的增大而基本保持不變。

航空燃氣渦輪發動機數學模型建模，通常采用部件法并按迭代方法求解，其中對于渦輪部件，是在其工作點附近選取一組落壓比和換算轉速作為初值，然后在渦輪特性圖上通過二元插值計算對應的換算流量和效率用于模型計算。當渦輪工作狀態發生較大變化時，落壓比變化較大，但由于上述渦輪特性曲線換算流量隨落壓比基本不變的特點，使得發動機數學模型在整個迭代計算過程中對渦輪參數變化不敏感，模型計算收斂性變差，甚至出現迭代不收斂引起發動機數學模型計算失敗。

為了克服上述不足，許多文獻在航空燃氣渦輪發動機基于部件法建模時，在不改變特性本身的前提下對渦輪基礎特性曲線做輔助處理，具有代表性的是文獻[JoachimKurzke.How to Get Component Maps for Aircraft Gas Turbine PerformanceCalculations.[J]ASME 96-GT-164,1996]和[Joachim Kurzke；Halliwell,Ian.Propulsion and Power:An Exploration of Gas Turbine Performance Modeling[M]Springer,2018]采用輔助β線方法，即在上述渦輪基礎特性曲線上，引入并構造一族β線與渦輪基礎特性線的每一條等換算轉速線相交，每條β線有唯一對應的β值，且按β線的總條數在0到1之間進行等距賦值。由此，渦輪的換算流量、落壓比和效率可表示為換算轉速和β的函數，當發動機建模時，變量選擇換算轉速和β，即可確定出唯一的插值節點換算流量。該方法只是引入用于插值計算的輔助β線，而渦輪基礎特性曲線中換算流量基本保持不變的事實依然存在，因換算流量基本不變而導致建模時插值不敏感的問題依然沒能很好的解決。

綜上，為避免航空燃氣渦輪發動機建模采用渦輪基礎特性因換算流量隨落壓比基本不變而導致模型計算收斂性差的不足，在不改變渦輪特性實質的情況下，提供一種航空燃氣渦輪發動機渦輪特性的格式轉換方法，在發動機建模應用領域具有重要的工程價值。

發明內容

要解決的技術問題