[發(fā)明專(zhuān)利]一種變幾何進(jìn)氣道與發(fā)動(dòng)機(jī)的一體化建模方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011209312.5
• 申請(qǐng)日: 2020-11-03
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112507476A
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-03-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 周文祥;邵屹軒;潘慕絢;魯峰;黃金泉
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 南京航空航天大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G06F30/17
• 分類(lèi)號(hào): G06F30/17;G06F30/28;G06F113/08;G06F119/14;G06F119/08
• 代理公司: 南京瑞弘專(zhuān)利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙) 32249
• 代理人: 徐激波

本發(fā)明公開(kāi)了一種變幾何進(jìn)氣道與發(fā)動(dòng)機(jī)的一體化建模方法，包括如下步驟：步驟S1、根據(jù)GasTurb特性圖建立雙軸渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)部件級(jí)模型；步驟S2、建立變幾何進(jìn)氣道節(jié)流特性圖；步驟S3、根據(jù)所述變幾何進(jìn)氣道節(jié)流特性圖建立變幾何進(jìn)氣道零維模型；步驟S4、對(duì)步驟S1確定的雙軸渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)部件級(jí)模型，以及步驟S3確定的變幾何進(jìn)氣道零維模型，然后進(jìn)行匹配操作，得到進(jìn)氣道與發(fā)動(dòng)機(jī)一體化模型。本發(fā)明設(shè)計(jì)的一種變幾何進(jìn)氣道與發(fā)動(dòng)機(jī)的一體化建模方法，解決了傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)模型沒(méi)有考慮進(jìn)氣道調(diào)節(jié)和進(jìn)氣道阻力的問(wèn)題。所提出的變幾何進(jìn)氣道節(jié)流特性與傳統(tǒng)的定幾何進(jìn)氣道節(jié)流特性相比實(shí)現(xiàn)了對(duì)變幾何進(jìn)氣道由CFD模型向零維數(shù)學(xué)模型的轉(zhuǎn)化。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及航空發(fā)動(dòng)機(jī)慢車(chē)以上狀態(tài)的建模與仿真領(lǐng)域，尤其涉及一種變幾何進(jìn)氣道與發(fā)動(dòng)機(jī)的一體化建模方法。

背景技術(shù)

航空發(fā)動(dòng)機(jī)是一個(gè)十分復(fù)雜的氣動(dòng)熱力過(guò)程系統(tǒng)，為了對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行良好的控制、預(yù)報(bào)及故障診斷，首先必須對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)的特性進(jìn)行分析和測(cè)定，建立航空發(fā)動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型，這是發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)研制過(guò)程中必不可少的重要任務(wù)。航空發(fā)動(dòng)機(jī)數(shù)學(xué)模型擁有非常廣泛的用途，它是對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)施控制、診斷的前提和基礎(chǔ)。通過(guò)計(jì)算機(jī)建立航空發(fā)動(dòng)機(jī)性能仿真模型并對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化，對(duì)于縮短發(fā)動(dòng)機(jī)數(shù)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及測(cè)試周期，降低研發(fā)成本，避免試車(chē)風(fēng)險(xiǎn)等具有重要的意義。

進(jìn)氣道和發(fā)動(dòng)機(jī)都是飛機(jī)推進(jìn)系統(tǒng)的重要組成部分，當(dāng)飛機(jī)推進(jìn)系統(tǒng)工作時(shí)，進(jìn)氣道和發(fā)動(dòng)機(jī)存在著流量匹配問(wèn)題，只有進(jìn)氣道和發(fā)動(dòng)機(jī)匹配良好，才能使推進(jìn)系統(tǒng)高效率地工作。對(duì)于超聲速發(fā)動(dòng)機(jī)而言，一個(gè)設(shè)計(jì)合理的進(jìn)氣道模型能夠有效對(duì)來(lái)流氣體進(jìn)行壓縮，提高發(fā)動(dòng)機(jī)的性能。隨著航空發(fā)動(dòng)機(jī)研究的不斷發(fā)展，進(jìn)氣道與發(fā)動(dòng)機(jī)的匹配以及綜合性能優(yōu)化問(wèn)題越來(lái)越成為發(fā)動(dòng)機(jī)控制領(lǐng)域研究的重點(diǎn)內(nèi)容。由于實(shí)際發(fā)動(dòng)機(jī)工作在不同工況下，飛行高度、馬赫數(shù)、攻角等變化范圍很大，進(jìn)氣道需要匹配不同工況下的發(fā)動(dòng)機(jī)流量特性，通過(guò)對(duì)進(jìn)氣道進(jìn)行變幾何調(diào)節(jié)，使進(jìn)氣道有較高的流量系數(shù)、總壓恢復(fù)系數(shù)和較小的氣動(dòng)阻力，使進(jìn)氣道和發(fā)動(dòng)機(jī)共同工作在最佳狀態(tài)。進(jìn)氣道調(diào)節(jié)的主要方式有：移動(dòng)楔面位置、調(diào)節(jié)壓縮面角度、調(diào)節(jié)喉道面積、調(diào)節(jié)進(jìn)口面積和增加旁路系統(tǒng)。建立超聲速進(jìn)氣道/發(fā)動(dòng)機(jī)一體化部件級(jí)模型，是進(jìn)行進(jìn)氣道/發(fā)動(dòng)機(jī)一體化綜合控制的前提和基礎(chǔ)。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種變幾何進(jìn)氣道與發(fā)動(dòng)機(jī)的一體化建模方法，本發(fā)明主要在于以某小涵道比雙轉(zhuǎn)子加力混合排氣渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)為研究對(duì)象，針對(duì)進(jìn)氣道和發(fā)動(dòng)機(jī)模型匹配的問(wèn)題，采用進(jìn)氣道CFD計(jì)算數(shù)據(jù)建立變幾何進(jìn)氣道零維模型，通過(guò)進(jìn)氣道和發(fā)動(dòng)機(jī)流量匹配建立進(jìn)氣道與發(fā)動(dòng)機(jī)一體化模型，顯著提高了發(fā)動(dòng)機(jī)模型的仿真精度，使模型輸出特性更接近實(shí)際發(fā)動(dòng)機(jī)。

為實(shí)現(xiàn)上述的目的，本發(fā)明提供一種變幾何進(jìn)氣道與發(fā)動(dòng)機(jī)的一體化建模方法，包括如下步驟：

步驟S1、根據(jù)GasTurb特性圖建立雙軸渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)部件級(jí)模型；

步驟S2、對(duì)變幾何進(jìn)氣道進(jìn)行CFD計(jì)算，得到輸出數(shù)據(jù)，再根據(jù)輸出數(shù)據(jù)建立變幾何進(jìn)氣道節(jié)流特性圖；

步驟S3、根據(jù)所述變幾何進(jìn)氣道節(jié)流特性圖建立變幾何進(jìn)氣道零維模型；

步驟S4、對(duì)步驟S1確定的雙軸渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)部件級(jí)模型，以及步驟S3確定的變幾何進(jìn)氣道零維模型，然后進(jìn)行匹配操作，得到進(jìn)氣道與發(fā)動(dòng)機(jī)一體化模型。

進(jìn)一步的，在所述步驟S1中，所述GasTurb特性圖是指從燃?xì)廨啓C(jī)性能分析軟件GasTurb中獲取的雙軸渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)部件特性圖；

所述雙軸渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)部件級(jí)模型是指：首先根據(jù)氣動(dòng)熱力學(xué)建立發(fā)動(dòng)機(jī)各部件的數(shù)學(xué)模型，然后再根據(jù)相鄰部件的靜壓平衡方程和流量平衡方程，以及旋轉(zhuǎn)部件的功率平衡方程建立雙軸渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)部件級(jí)模型。