[發(fā)明專利]一種用于組合動(dòng)力系統(tǒng)的仿真方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202210331010.8
• 申請(qǐng)日: 2022-03-31
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN114626146A
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-06-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉君;張錦昇;袁化成;匡正;楊德壯
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南京航空航天大學(xué)
• 主分類號(hào): G06F30/15
• 分類號(hào): G06F30/15;G06F30/23;G06F30/28;G06F111/10;G06F113/08
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務(wù)所 32237
• 代理人: 周寧

本發(fā)明公開(kāi)了一種用于組合動(dòng)力系統(tǒng)的仿真方法，包括：獲取進(jìn)入渦輪通道和沖壓通道的氣流參數(shù)；分別將所述渦輪通道和沖壓通道的氣流參數(shù)在交界面處通過(guò)面積平均或質(zhì)量平均轉(zhuǎn)換成第一一維數(shù)據(jù)和第二一維數(shù)據(jù)；將所述第一一維數(shù)據(jù)和第二一維數(shù)據(jù)輸入相應(yīng)的渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)與沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)，從而進(jìn)行組合動(dòng)力系統(tǒng)內(nèi)外流變維度一體化數(shù)值仿真，可實(shí)現(xiàn)組合發(fā)動(dòng)機(jī)狀態(tài)變化對(duì)上游進(jìn)氣系統(tǒng)和下游噴管流動(dòng)的雙向耦合模擬，從而實(shí)現(xiàn)飛行器及其組合動(dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)外流一體化氣動(dòng)性能數(shù)值仿真。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及飛行器領(lǐng)域，特別涉及一種組合動(dòng)力系統(tǒng)內(nèi)外流一體化仿真方法。

背景技術(shù)

高超聲速飛行器采用組合動(dòng)力系統(tǒng)將飛行器從地面起飛加速到高超聲速，采用的推進(jìn)系統(tǒng)為渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)和沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)，其中渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)責(zé)將飛行器從地面靜止?fàn)顟B(tài)加速到Ma 2.5左右，此后渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)退出循環(huán)，同時(shí)沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)開(kāi)始點(diǎn)火工作，繼續(xù)將飛行器加速到高超聲速。為了實(shí)現(xiàn)高超聲速飛行器內(nèi)外流一體化的耦合仿真，不僅需要完成進(jìn)排氣系統(tǒng)的仿真，還需將進(jìn)排氣系統(tǒng)和渦輪/沖壓組合發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行聯(lián)合仿真，而若完整計(jì)算渦輪/沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)流道則數(shù)值仿真所需的網(wǎng)格量將無(wú)法接受，且嚴(yán)重拖慢預(yù)研進(jìn)度。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提供一種計(jì)算量小、仿真速度快的用于組合動(dòng)力系統(tǒng)的仿真方法。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供的技術(shù)方案是：一種用于組合動(dòng)力系統(tǒng)的仿真方法，包括：

步驟一、獲取進(jìn)入渦輪通道和沖壓通道的氣流參數(shù)；

步驟二、分別將所述渦輪通道和沖壓通道的氣流參數(shù)在交界面處通過(guò)面積平均或質(zhì)量平均轉(zhuǎn)換成第一一維數(shù)據(jù)和第二一維數(shù)據(jù)；

步驟三、將所述第一一維數(shù)據(jù)輸入渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)，渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)采用部件特性模型確定渦輪通道噴管進(jìn)口參數(shù)；

步驟四、渦輪通道噴管利用所述渦輪通道噴管進(jìn)口參數(shù)進(jìn)行流場(chǎng)特性計(jì)算，從而獲得渦輪通道噴管的流動(dòng)特性；

步驟五、將所述第二一維參數(shù)輸入沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)，沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)通過(guò)準(zhǔn)一維數(shù)學(xué)模型確定沖壓通道噴管進(jìn)口參數(shù)；

步驟六、沖壓通道噴管根據(jù)所述沖壓通道噴管進(jìn)口參數(shù)進(jìn)行流場(chǎng)特性計(jì)算，并獲得沖壓通道噴管的流動(dòng)特性。

作為優(yōu)選的一種技術(shù)方案，所述步驟二進(jìn)一步包括：

將每個(gè)網(wǎng)格單元內(nèi)的氣流參數(shù)乘以該網(wǎng)格單元的面積或者流量后，再將整個(gè)交界面的參數(shù)進(jìn)行求和，最后再除以交界面的面積或者流量，從而獲得面積平均或質(zhì)量平均的參數(shù)；

作為優(yōu)選的一種技術(shù)方案，所述步驟三進(jìn)一步包括：

從所述第一一維數(shù)據(jù)確定渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的預(yù)設(shè)參數(shù)的初值；

根據(jù)共同工作條件方程并采用Newton-Raphson法所述預(yù)設(shè)參數(shù)的初值進(jìn)行迭代更新，當(dāng)誤差小于10^-4時(shí)，停止迭代。

作為優(yōu)選的一種技術(shù)方案，所述預(yù)設(shè)參數(shù)包括壓氣機(jī)轉(zhuǎn)速、壓氣機(jī)輔助坐標(biāo)和渦輪落壓比。

作為優(yōu)選的一種技術(shù)方案，所述步驟四進(jìn)一步包括：

將噴管進(jìn)口參數(shù)賦值給渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)與渦輪通道噴管之間的交界面；

渦輪通道噴管根據(jù)渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行流場(chǎng)特性計(jì)算從而獲得渦輪通道噴管流動(dòng)特性。

作為優(yōu)選的一種技術(shù)方案，所述步驟五進(jìn)一步包括：

沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)的雙模塊沖壓燃燒室采用準(zhǔn)一維數(shù)學(xué)模型進(jìn)行分析；

通過(guò)求解守恒型準(zhǔn)一維控制方程計(jì)算得到?jīng)_壓發(fā)動(dòng)機(jī)沿程參數(shù)；

其中為解向量，為通量向量，為源項(xiàng)定義如下：

其中，為質(zhì)量添加項(xiàng)；為壁面摩擦系數(shù)；當(dāng)量直徑，為濕潤(rùn)周長(zhǎng)，為化學(xué)反應(yīng)放熱，表示密度，表示速度，表示內(nèi)能，A表示面積。

作為優(yōu)選的一種技術(shù)方案，所述準(zhǔn)一維控制方程采用MacCormack有限差分方法求解。