[發(fā)明專(zhuān)利]一種高性能艦船燃機(jī)壓氣機(jī)氣動(dòng)設(shè)計(jì)方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201911424714.4
• 申請(qǐng)日: 2019-12-31
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN110929357A
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-03-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 任蘭學(xué);姜斌;王琦
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 中國(guó)船舶重工集團(tuán)公司第七0三研究所
• 主分類(lèi)號(hào): G06F30/17
• 分類(lèi)號(hào): G06F30/17
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專(zhuān)利商標(biāo)事務(wù)所 23109
• 代理人: 時(shí)起磊

1.一種高性能艦船燃機(jī)壓氣機(jī)氣動(dòng)設(shè)計(jì)方法，其特征在于，所述一種高性能艦船燃機(jī)壓氣機(jī)氣動(dòng)設(shè)計(jì)方法，包括以下步驟：

步驟一、根據(jù)設(shè)計(jì)要求和目標(biāo)，按照壓氣機(jī)總體設(shè)計(jì)要求，進(jìn)行多級(jí)軸流壓氣機(jī)的一維反問(wèn)題設(shè)計(jì)，得到多個(gè)設(shè)計(jì)方案；

依據(jù)平均半徑氣動(dòng)設(shè)計(jì)規(guī)范選取壓氣機(jī)基本參數(shù)，進(jìn)行多方案優(yōu)化得到初始設(shè)計(jì)方案；根據(jù)初始設(shè)計(jì)方案得到基元級(jí)基本參數(shù)以及子午流道參數(shù)；以此為基礎(chǔ)進(jìn)行壓氣機(jī)一維特性計(jì)算及其優(yōu)化，通過(guò)特定損失模型、落后角模型校驗(yàn)初始設(shè)計(jì)方案的效率、壓比、喘振裕度特性指標(biāo)是否滿(mǎn)足要求，若不滿(mǎn)足，則在此基礎(chǔ)上，從一維正問(wèn)題分析的角度對(duì)幾何參數(shù)再進(jìn)行調(diào)整，直至方案滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求；

步驟二、在一維設(shè)計(jì)方案的基礎(chǔ)上，進(jìn)行S2通流反問(wèn)題設(shè)計(jì)，依據(jù)沿徑氣動(dòng)設(shè)計(jì)規(guī)范，估算動(dòng)葉的效率分布以及靜葉的總壓恢復(fù)系數(shù)；

基于S2通流反問(wèn)題設(shè)計(jì)獲得流道中的各葉高流線位置及進(jìn)出口氣流角參數(shù)；再參照葉片造型設(shè)計(jì)規(guī)范，確定弦長(zhǎng)、最大相對(duì)厚度、落后角關(guān)鍵參數(shù)，在流面上進(jìn)行葉片造型；針對(duì)具有不同進(jìn)口馬赫數(shù)的流面選取壓氣機(jī)流向的做功規(guī)律，構(gòu)造壓氣機(jī)葉型，獲得壓氣機(jī)葉片的扭轉(zhuǎn)初步方案，根據(jù)得到的方案進(jìn)行設(shè)計(jì)點(diǎn)的三維流場(chǎng)逐級(jí)計(jì)算，得到動(dòng)葉的效率分布以及靜葉的總壓恢復(fù)系數(shù)，進(jìn)一步校驗(yàn)S2反問(wèn)題匹配設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性以及對(duì)葉片的匹配性能進(jìn)行改進(jìn)：

采用多級(jí)壓氣機(jī)三維數(shù)值模擬方法，對(duì)比分析壓氣機(jī)的三維匹配特性，進(jìn)行三維數(shù)值模擬并分別與一維和S2的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析；綜合考慮設(shè)計(jì)工況與非設(shè)計(jì)工況，對(duì)存在匹配問(wèn)題的部分，通過(guò)調(diào)整葉片安裝角度并進(jìn)行葉片優(yōu)化設(shè)計(jì)，來(lái)完成平均參數(shù)的三維匹配；并根據(jù)三維數(shù)值模擬結(jié)果，逐級(jí)進(jìn)行動(dòng)、靜葉片之間的匹配設(shè)計(jì)；將得到的數(shù)據(jù)返回至S2通流反問(wèn)題設(shè)計(jì)中，反復(fù)迭代，完成S2通流反問(wèn)題設(shè)計(jì)及葉片造型設(shè)計(jì)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種高性能艦船燃機(jī)壓氣機(jī)氣動(dòng)設(shè)計(jì)方法，其特征在于，步驟一所述一維反問(wèn)題設(shè)計(jì)的過(guò)程中，軸向速度選取為170m/s～190m/s。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述一種高性能艦船燃機(jī)壓氣機(jī)氣動(dòng)設(shè)計(jì)方法，其特征在于，所述步驟一進(jìn)行壓氣機(jī)一維特性計(jì)算及其優(yōu)化；具體過(guò)程為：

在一維特性計(jì)算及其優(yōu)化階段，采用Concepts-NREC工程設(shè)計(jì)系統(tǒng)中的AXIAL軟件模塊，提供多級(jí)軸流壓氣機(jī)和透平機(jī)械的設(shè)計(jì)方案，以及已有機(jī)組或設(shè)計(jì)方案分析功能，同時(shí)能夠進(jìn)行葉輪機(jī)械變工況性能預(yù)測(cè)分析；在一維特性計(jì)算及優(yōu)化階段采用程序軟件的分析模式，對(duì)一維反問(wèn)題得到的壓氣機(jī)通流設(shè)計(jì)結(jié)果，即各級(jí)葉片排的幾何參數(shù)，借助程序軟件的分析模式進(jìn)行驗(yàn)算，反復(fù)計(jì)算比較各方案，確定方案的合理性。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述一種高性能艦船燃機(jī)壓氣機(jī)氣動(dòng)設(shè)計(jì)方法，其特征在于，步驟二所述S2通流反問(wèn)題設(shè)計(jì)的具體過(guò)程為：

在一維設(shè)計(jì)方案基礎(chǔ)上，基于流線曲率法進(jìn)行S2通流反問(wèn)題設(shè)計(jì)以獲得壓氣機(jī)葉片的扭轉(zhuǎn)初步方案并修改局部子午通道曲率；在給定子午流道尺寸的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)葉柵性能參數(shù)沿葉高的分布規(guī)律；

對(duì)于動(dòng)葉，輸入?yún)?shù)包括動(dòng)葉效率和總壓比沿葉高分布，效率的分布規(guī)律按照根部高、頂部低的分布規(guī)律給定，總壓比按照沿徑向不變的規(guī)律給出；

靜葉的輸入?yún)?shù)是靜葉的總壓恢復(fù)系數(shù)和出口的切向速度，初步估計(jì)總壓恢復(fù)系數(shù)按照徑向分布，根據(jù)下一級(jí)進(jìn)口對(duì)預(yù)旋提出的要求確定靜葉出口切線速度，通過(guò)調(diào)整總壓徑向的分布規(guī)律，調(diào)整局部的子午流道型線。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述一種高性能艦船燃機(jī)壓氣機(jī)氣動(dòng)設(shè)計(jì)方法，其特征在于，步驟二所述葉片造型設(shè)計(jì)的具體過(guò)程為：

采用正問(wèn)題方法進(jìn)行CDA葉型的設(shè)計(jì)，通過(guò)以下四個(gè)步驟完成：

(1)確定中弧線；

(2)確定葉型厚度分布規(guī)律；

(3)將厚度分布疊加到中弧線上；

(4)按照積疊規(guī)律進(jìn)行展向積疊，獲得葉片幾何造型。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述一種高性能艦船燃機(jī)壓氣機(jī)氣動(dòng)設(shè)計(jì)方法，其特征在于，步驟二中逐級(jí)進(jìn)行動(dòng)、靜葉片之間的匹配包括：

勢(shì)流區(qū)氣流角的匹配和端區(qū)的角度匹配。