[發明專利]計算渦軸發動機氣動穩定性的方法及系統、設備、介質

有效

• 申請號: 202110405460.2
• 申請日: 2021-04-15
• 公開（公告）號: CN113361211B
• 公開（公告）日: 2022-05-17
• 發明（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

本發明公開了一種計算渦軸發動機氣動穩定性的方法及系統、設備和介質，該方法通過將計算模型劃分成若干個控制體，然后針對每個控制體計算控制方程組以得到每個控制體處的氣動參數，再結合失穩判據來預測發動機在給定的進氣畸變條件下是否會發生氣動失穩，可以準確地評估進氣壓力畸變對渦軸發動機氣動穩定性的影響。本發明采用的計算模型只關注壓氣機進出口截面的參數，可以將整個組合壓氣機進行模塊化，并且，采用靜壓、靜溫、質量流量和周向速度作為變量來建立上述方程組以描述每個控制體內部的流動，一方面可以基于這四個基本變量通過上述方程組公式換算得到所有變量，另一方面這四個基本變量便于通過測試手段獲得，簡化了數據的獲得過程。

技術領域

本發明涉及渦軸發動機的氣動穩定性評估技術領域，特別地，涉及一 種計算渦軸發動機氣動穩定性的方法及系統、設備、計算機可讀取的存儲 介質。

背景技術

直升機由于具備垂直起落和懸停等固定翼飛機沒有的優點，同時其受 場地限制小，使用方便，在軍民用領域得到了廣泛應用，而渦軸發動機具 有功重比大、可靠性高、經濟性好、航程遠和便于維護等優點，自20世 紀60年代以來，一直是直升機的主要動力。而渦軸發動機應用于直升機 時，由于直升機需要滿足不同的起降環境，比如沙地、草地、山區、城區 等，而且飛行高度不高，很容易吸附異物，比如較大尺寸的沙粒、鳥、樹 葉等異物吸入會危害渦軸發動機的運行安全，因此通常會在進氣道進口安 裝防護罩。根據目前的研究結論，防護罩由于含一些較粗的支撐桿，會形 成一定的壓力畸變，另外，在進行非水平飛行時會造成進氣道附面層分離， 也會形成壓力畸變，而直升機特殊的旋翼下洗氣流也會造成壓力畸變。因 此，進氣壓力畸變是造成渦軸發動機氣動穩定性降低的主要因素。渦軸發 動機在研制和使用過程中，存在部件或系統氣動失穩的發動機氣動穩定性 問題，其現象表現為壓氣機的旋轉失速或整個壓縮系統的喘振，渦軸發動 機的性能和穩定工作范圍都會受到氣動穩定性的限制。因此，進氣壓力畸 變將會影響渦軸發動機的氣動穩定性，降低穩定裕度，容易使發動機進入 旋轉失速和喘振等不穩定工作狀態，進而造成發動機性能下降、甚至嚴重 運行安全。

渦軸發動機與渦噴、渦扇發動機相比，其顯著的特點是渦軸發動機通 常采用離心壓氣機或者軸流-離心組合壓氣機。國外學者通過研究發現離 心壓氣機和軸流壓氣機在氣動失穩方面存在著較大的差異，雖然離心壓氣 機和軸流壓氣機存在很多相同的流動現象，但是兩者之間在引發非穩定流 態(旋轉失速和喘振)的流動特征上存在差異，尤其對于高壓比的壓氣機 而言差異更加顯著。從現今對壓縮系統非穩定流態的認識水平來看，就整體的系統特性而言，離心壓氣機和軸流壓氣機在氣動穩定性方面關心的基 本問題和基本的研究思路是相同的，但是，當具體地研究引發失速的特定 流動現象時，離心壓氣機和軸流壓氣機之間的差異就會顯現出來。因此， 現有的渦噴、渦扇發動機的計算模型無法適用于渦軸發動機的氣動穩定性 評估。而目前，國內尚無渦軸發動機進氣壓力畸變對氣動穩定性影響的計 算模型，這一塊暫時屬于技術空白。

發明內容

本發明提供了一種計算渦軸發動機氣動穩定性的方法及系統、設備、 計算機可讀取的存儲介質，以解決目前無法計算渦軸發動機進氣壓力畸變 對于氣動穩定性的影響的技術問題。

根據本發明的一個方面，提供一種計算渦軸發動機氣動穩定性的方 法，用于評估進氣壓力畸變對渦軸發動機氣動穩定性的影響，包括以下步 驟：

步驟S1：構建計算模型；

步驟S2：建立計算區域并劃分控制體；

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