[發(fā)明專利]計算渦軸發(fā)動機氣動穩(wěn)定性的方法及系統(tǒng)、設備、介質(zhì)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110405460.2
• 申請日: 2021-04-15
• 公開（公告）號: CN113361211B
• 公開（公告）日: 2022-05-17
• 發(fā)明（設計）人: 王召廣;楊宇飛;王旭;屠寶鋒;胡駿
• 申請（專利權）人: 中國航發(fā)湖南動力機械研究所
• 主分類號: G06F30/28
• 分類號: G06F30/28;G06F30/20;G06F17/12;G06F119/14
• 代理公司: 長沙智嶸專利代理事務所(普通合伙) 43211
• 代理人: 顏漢華

1.一種計算渦軸發(fā)動機氣動穩(wěn)定性的方法，其特征在于，用于評估進氣壓力畸變對渦軸發(fā)動機氣動穩(wěn)定性的影響，包括以下步驟：

步驟S1：構建計算模型；

步驟S2：建立計算區(qū)域并劃分控制體；

步驟S3：假設每個控制體內(nèi)的氣動參數(shù)在空間上是均勻的，建立控制方程組以描述控制體內(nèi)部的流動：

其中，p表示靜壓，T表示靜溫，表示質(zhì)量流量，L表示長度，R表示氣體常數(shù)，下標g表示引氣或注氣參數(shù)，C_v表示等容比熱，r₁、r₂、r₃、r₄為源項的標記，V表示控制體容積，v_x表示軸向速度，v_θ表示周向速度，v表示總速度，t表示時間；

步驟S4：針對每一個控制體，求解上述控制方程組以得到每個控制體處的氣動參數(shù)；

步驟S5：基于每個控制體處的氣動參數(shù)并結合失穩(wěn)判據(jù)，預測發(fā)動機在給定的進氣畸變條件下是否會發(fā)生氣動失穩(wěn)；

所述步驟S4包括以下步驟：

步驟S41：利用單元特性計算氣體流過單元后的總壓比、靜壓比和總溫比；

步驟S42：根據(jù)初始時刻發(fā)動機的進口總壓、總溫和其部件特性，計算各軸向截面處的總壓和總溫；

步驟S43：根據(jù)總壓比、總溫比和靜壓比計算軸向力源項、周向力源項、功源項和熱源項；

步驟S44：根據(jù)發(fā)動機進口的無量綱密流值以及流量連續(xù)方程，在不考慮引氣影響的情況下，計算各截面的無量綱密流值以及流量；

步驟S45：根據(jù)發(fā)動機出口邊界條件計算尾噴管喉部的無量綱密流，再根據(jù)流量公式重新計算尾噴管喉部的面積；

步驟S46：假設在初始狀態(tài)下發(fā)動機內(nèi)部各軸向截面處氣流為亞聲速流動，計算各截面的軸向速度、靜溫和靜壓；

步驟S47：根據(jù)給定的初始狀態(tài)軸向截面氣流角，計算各截面的周向速度。

2.如權利要求1所述的計算渦軸發(fā)動機氣動穩(wěn)定性的方法，其特征在于，

所述步驟S43具體基于以下公式計算軸向力源項、周向力源項、功源項和熱源項：

其中，U_m表示中徑位置的牽連速度，β表示相對氣流角，C_P表示等壓比熱，表示空氣流量，表示燃油流量，H_u表示燃油低熱值，η_b表示燃燒效率，θ^*表示總溫比，表示軸向速度的平均值，π^*表示總壓比，π表示靜壓比，k表示第k個控制體，F(xiàn)_x表示軸向力，表示質(zhì)量流量，下標m表示質(zhì)量，P₁表示網(wǎng)格進口靜壓，A₂、A₁分別表示網(wǎng)格出口和進口截面面積，F(xiàn)_θ表示周向力，T₁^*表示網(wǎng)格進口總溫，Z表示軸向長度，表示壓氣機單元內(nèi)靜子葉排出口絕對氣流角的平均值的余切，表示轉子葉排出口相對氣流角的平均值的余切，表示機械功，表示熱量，C_P2表示出口氣體的等壓比熱，表示壓氣機出口總溫，C_P1表示進口氣體的等壓比熱，η_b表示燃燒效率，C_t表示燃油汽化比熱容，T_f表示燃油溫度。

3.如權利要求1所述的計算渦軸發(fā)動機氣動穩(wěn)定性的方法，其特征在于，

所述步驟S4中給定三個邊界條件，分別為

進口總壓邊界條件：給定發(fā)動機進口截面不同周向位置處的總壓值來描述穩(wěn)態(tài)壓力畸變，并引入穩(wěn)態(tài)壓力畸變指數(shù)來表示穩(wěn)態(tài)壓力畸變的強度，表達式如下：

其中，表示穩(wěn)態(tài)壓力畸變指數(shù)，表示整個截面上的周向平均總壓，表示畸變區(qū)的周向平均總壓；

進口氣流方向：給定軸向進氣邊界條件，即給定進口氣流的周向分速度為零；

出口邊界條件：出口邊界位于尾噴管喉道截面，給定尾噴管的節(jié)流特性，公式如下：

其中，q(λ)表示尾噴管喉部截面的無量綱密流值，表示尾噴管喉部總壓與出口反壓p_b的比值。