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

在審

• 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
• 主分類號(hào): G06F30/17
• 分類號(hào): G06F30/17
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標(biāo)事務(wù)所 23109
• 代理人: 時(shí)起磊

一種高性能艦船燃機(jī)壓氣機(jī)氣動(dòng)設(shè)計(jì)方法。本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有技術(shù)的基于我國(guó)艦船動(dòng)力的艦船燃機(jī)壓氣機(jī)氣動(dòng)設(shè)計(jì)操作復(fù)雜，適應(yīng)范圍小的問(wèn)題。本發(fā)明所述的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：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)，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)；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)值模擬并與一維和S2計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析；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)。本發(fā)明可應(yīng)用燃?xì)廨啓C(jī)的所有領(lǐng)域，其應(yīng)用領(lǐng)域包括軍事、能源、電力、交通、環(huán)保等方面。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種高性能艦船燃機(jī)壓氣機(jī)氣動(dòng)設(shè)計(jì)方法。

背景技術(shù)

艦船大功率燃?xì)廨啓C(jī)是我國(guó)發(fā)展大型水面艦艇的關(guān)鍵和核心裝備。長(zhǎng)期跟蹤、仿制使我國(guó)艦船燃機(jī)壓氣機(jī)發(fā)展中缺少完整的自主化設(shè)計(jì)能力，造成設(shè)計(jì)方法和體系不夠完善、設(shè)計(jì)穩(wěn)定性不高、專業(yè)化設(shè)計(jì)準(zhǔn)則缺失等問(wèn)題，迫切需要開(kāi)展艦船燃?xì)廨啓C(jī)壓氣機(jī)氣動(dòng)熱力基礎(chǔ)研究。

20世紀(jì)初期，壓氣機(jī)氣動(dòng)設(shè)計(jì)是建立在簡(jiǎn)單的一維流動(dòng)基礎(chǔ)上，其效率和壓比都比較低。50年代初，吳仲華先生提出兩類流面理論(S1和S2流面)后，S2流面的通流程序和S1流面程序被廣泛應(yīng)用到壓氣機(jī)的先進(jìn)氣動(dòng)設(shè)計(jì)當(dāng)中，并成為80年代中期以前最為先進(jìn)的設(shè)計(jì)手段。從1970年到1985年期間，設(shè)計(jì)技術(shù)主要是以S2和S1兩類流面程序?yàn)橹饕O(shè)計(jì)手段，同時(shí)引入可靠的經(jīng)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)和試驗(yàn)關(guān)聯(lián)關(guān)系，如擴(kuò)壓因子關(guān)聯(lián)、失速裕度關(guān)聯(lián)和效率關(guān)聯(lián)，此時(shí)設(shè)計(jì)已經(jīng)達(dá)到相當(dāng)高的水平。2000年以后，現(xiàn)代壓氣機(jī)設(shè)計(jì)方法已經(jīng)發(fā)生了明顯變化。在繼承前人成功經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上，從原先的準(zhǔn)三元設(shè)計(jì)理論，發(fā)展到全三維流場(chǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)。全三維問(wèn)題對(duì)流動(dòng)的假設(shè)減少了，能夠更好地模擬流動(dòng)的空間特性，這對(duì)于空間幾何形狀十分復(fù)雜的葉輪來(lái)說(shuō)是極為重要的。借助于三維流場(chǎng)計(jì)算軟件，可以預(yù)測(cè)分離流動(dòng)產(chǎn)生的具體部位，進(jìn)而改進(jìn)設(shè)計(jì)，以消除分離或減小分離區(qū)，從而達(dá)到提高效率和增加壓氣機(jī)失速裕度，設(shè)計(jì)出高性能的壓氣機(jī)。

壓氣機(jī)設(shè)計(jì)體系的建立依賴于大量的平面葉柵、環(huán)形葉柵、單級(jí)、整機(jī)、部件試驗(yàn)作基礎(chǔ)，所有試驗(yàn)都需要投入大量的經(jīng)費(fèi)。國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家的一些大的跨國(guó)公司如MTU、P&W、GE、Alstom、三菱重工、羅爾斯.羅伊斯等在燃?xì)廨啓C(jī)行業(yè)，都擁有自己的一套壓氣機(jī)設(shè)計(jì)體系，在壓氣機(jī)設(shè)計(jì)方面更是投入大量的財(cái)力與物力，做了大量的葉柵試驗(yàn)、壓氣機(jī)部件、整機(jī)試驗(yàn)，積累了豐富的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)。完備可靠的發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)體系是設(shè)計(jì)出性能先進(jìn)的發(fā)動(dòng)機(jī)的基礎(chǔ)，其中壓氣機(jī)氣動(dòng)設(shè)計(jì)更是至關(guān)重要的一環(huán)。

基于國(guó)內(nèi)現(xiàn)狀并結(jié)合艦船用壓氣機(jī)設(shè)計(jì)特點(diǎn)，作者提出了適合我國(guó)艦船動(dòng)力的一種高性能艦船燃機(jī)壓氣機(jī)氣動(dòng)設(shè)計(jì)方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有技術(shù)的基于我國(guó)艦船動(dòng)力的艦船燃機(jī)壓氣機(jī)氣動(dòng)設(shè)計(jì)操作復(fù)雜，適應(yīng)范圍小的問(wèn)題，現(xiàn)提出一種高性能艦船燃機(jī)壓氣機(jī)氣動(dòng)設(shè)計(jì)方法。

本發(fā)明為一種高性能艦船燃機(jī)氣壓機(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)是否滿足要求，若不滿足，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)；