CN109284533B - 航改燃气轮机流道计算方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种航改燃气轮机流道计算方法，航改燃气轮机包括低压压气机以及动力涡轮，燃气轮机流道计算方法包括：获取所述低压压气机的参数；计算所述动力涡轮的流道尺寸。本发明的计算方法计算精度高、速度快，能够有效地缩短航改燃气轮机的研制周期。

Description

航改燃气轮机流道计算方法
技术领域
本发明属于航空发动机技术领域，具体涉及一种航改燃气轮机流道计算方法。
背景技术
航改燃气轮机是在航空发动机的设计基础上，继承其核心机部件并进行抗冲击、耐腐蚀性等适应性改进，对不能继承的部件进行全新设计。核心机流道的尺寸完全继承，但新研部件流道需要部件开展相关设计后进行计算，在方案论证阶段缺乏对整机流道尺寸的掌握。目前的航改燃机流路计算主要运用航空发动机流路计算方法或者参考已有燃机流路尺寸进行缩放。采用这种方法的计算误差大、效率低、研制周期长、成本高。
因此，希望有一种技术方案来克服或至少减轻现有技术的至少一个上述问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种航改燃气轮机流道计算方法来克服或至少减轻现有技术中的至少一个上述问题。
为实现上述目的，本发明提供了一种航改燃气轮机流道计算方法，所述燃气轮机包括低压压气机以及动力涡轮，所述航改燃气轮机流道计算方法包括：获取所述低压压气机的参数，其中，所述参数包括：低压压气机级数、低压压气机流道形式、低压压气机进口平均轴向马赫数、低压压气机进口轮毂比以及低压压气机叶片展弦比；计算所述动力涡轮的流道尺寸。
在上述计算方法的优选技术方案中，获取所述燃气轮机的低压压气机的级数，包括：通过如下公式计算：
Figure BDA0001759898680000011
式中，Z为压气机级数，γ为比热比，πc为低压压气机压比。
在上述计算方法的优选技术方案中，获取所述低压压气机流道形式，包括：若所述高压压气机进口尺寸比所述低压压气机出口尺寸小时，确定所述低压压气机的流道形式为等内径形式，若所述高压压气机进口尺寸比所述低压压气机出口尺寸大时，确定所述低压压气机的流道形式为等外径形式，若所述高压压气机的进口尺寸与所述低压压气机出口尺寸相等，确定所述低压压气机的流道形式为等中径形式。
在上述计算方法的优选技术方案中，所述低压压气机进口平均轴向马赫数为0.48～0.51。
在上述计算方法的优选技术方案中，所述低压压气机进口轮毂比为0.4～0.48。
在上述计算方法的优选技术方案中，所述低压压气机叶片展弦比为1.4～1.8。
在上述计算方法的优选技术方案中，计算所述动力涡轮的出口环形面积，包括：通过以下公式计算
Figure BDA0001759898680000021
Figure BDA0001759898680000022
Figure BDA0001759898680000023
Figure BDA0001759898680000024
式中，We为动力涡轮出口流量，k为比热比，K为流量系数，αe为动力涡轮出口气流偏离轴向的角度，
Figure BDA0001759898680000025
为动力涡轮出口总温，/>
Figure BDA0001759898680000026
为动力涡轮出口总压，Ae为动力涡轮出口环形面积，Rgas为气体常数，Mae为动力涡轮出口马赫数，Te为动力涡轮出口静温。
本发明实施例提供的航改燃气轮机流道计算方法，计算精度高、速度快，能够有效地缩短航改燃气轮机的研制周期。
附图说明
图1是本发明实施例提供的计算方法的流程示意图。
具体实施方式
为使本发明实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
本发明实施例提供了一种航改燃气轮机流道计算方法，用于提供一种适合燃机流路的计算方法，提高航改燃机流路计算的精度，缩短其研制周期，降低研制成本。
图1是本发明实施例提供的计算方法的流程示意图。如图1所示，航改燃气轮机流道计算方法包括以下步骤：
s101，获取低压压气机的参数。
其中，低压压气机的参数包括：低压压气机的级数、低压压气机流道形式、低压压气机进口平均轴向马赫数、低压压气机进口轮毂比以及低压压气机叶片展弦比。
需要说明的是，航改燃气轮机继承航空发动机的高压压气机、燃烧室以及高压涡轮，需要继承或者全新设计低压涡轮，需要全新设计低压涡轮，全新设计低压压气机和动力涡轮。由于航改燃气轮机长寿命、抗冲击的要求，航改燃气轮机的全新设计部件级负荷较航空发动机的低。
针对航改燃气轮机低压压气机的特性，在运用航空发动机流路计算方法的同时需要对低压压气机的级数进行计算。
航空发动机压气机级数计算公式为：
Figure BDA0001759898680000041
式中，Zh为压气机级数，γ为比热比，πc为低压压气机压比。
采用上述公式计算航改燃气轮机低压压气机级数与实际燃气轮机级数的对比如下表所示：
低压压气机压比 3.4 6.5 3.9
计算级数 2～3 5 3
实际级数 5 8 5
经过对已有的燃气轮机的参数进行统计，得到燃气轮机压气机实际级数和航空发动机压气机级数呈线性关系，提出修正系数k，运用已有燃气轮机的数据计算得到k的值为1.6，因此，适用于航改燃气轮机低压压气机的级数计算公式如下：
Figure BDA0001759898680000042
式中，Z为压气机级数，γ为比热比，πc为低压压气机压比。
航改燃气轮机流道设计时低压压气机流道形式的确定要考虑高压压气机的进口尺寸以及低压压气机出口与高压压气机进口的过渡段，在满足设计要求的同时降低过渡段的损失。若高压压气机进口尺寸比低压压气机出口尺寸小时，确定低压压气机的流道形式为等内径形式；若高压压气机进口尺寸比低压压气机出口尺寸大时，确定低压压气机的流道形式为等外径形式；若高压压气机的进口尺寸与低压压气机出口尺寸相等，确定低压压气机的流道形式为等中径形式。
航改燃气轮机低压压气机进口平均轴向马赫数在0.48～0.51之间，出口平均轴向马赫数在0.26～0.3之间。
航改燃气轮机低压压气机进口轮毂比在0.4～0.48之间，相较于航空发动机的进口轮毂比较大。
航改燃气轮机低压压气机叶片展弦比与燃气轮机的使用成本、燃油消耗、叶尖速度、压气机效率、喘振以及颤振裕度有直接的关系，通常最佳展弦比在1.4～1.8之间。
s102，计算动力涡轮的流道尺寸。
动力涡轮出口相当于环形通道，其排气接近于轴向排气，出口气流偏离轴向的角度接近于0度，可以不考虑气流方向的影响。
通过以下公式来计算动力涡轮的出口环形面积：
Figure BDA0001759898680000051
Figure BDA0001759898680000052
Figure BDA0001759898680000053
Figure BDA0001759898680000054
式中，We为动力涡轮出口流量，αe为动力涡轮出口气流偏离轴向的角度，
Figure BDA0001759898680000055
为动力涡轮出口总温，/>
Figure BDA0001759898680000056
为动力涡轮出口总压，Ae为动力涡轮出口环形面积，Rgas为气体常数，Mae为动力涡轮出口马赫数，Te为动力涡轮出口静温。
航改燃气轮机出口马赫数在0.34～0.36之间，选定初始马赫数、总温以及绝热指数，带入上述公式中进行迭代计算，从而能够得出动力涡轮出口环形面积。
其余的流路尺寸可以根据航空发动机流路计算方法计算得到。
通过上述的计算方法计算出航改燃气轮机低压压气机和动力涡轮流道尺寸，再结合核心机流路尺寸能够得到整个航改燃气轮机的流路尺寸。
最后需要指出的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制。尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (1)

1.一种航改燃气轮机流道计算方法，所述航改燃气轮机包括低压压气机以及动力涡轮，其特征在于，所述燃气轮机流道计算方法包括
获取所述低压压气机的参数，其中，所述参数包括：低压压气机级数、低压压气机流道形式、低压压气机进口平均轴向马赫数、低压压气机进口轮毂比以及低压压气机叶片展弦比；
计算所述动力涡轮的流道尺寸；
获取所述燃气轮机的低压压气机的级数，包括
通过如下公式计算：
Figure QLYQS_1
式中，Z为压气机级数，k为比热比，πc为低压压气机压比；
获取所述低压压气机流道形式，包括
若高压压气机进口尺寸比所述低压压气机出口尺寸小时，确定所述低压压气机的流道形式为等内径形式；
若所述高压压气机进口尺寸比所述低压压气机出口尺寸大时，确定所述低压压气机的流道形式为等外径形式；
若所述高压压气机的进口尺寸与所述低压压气机出口尺寸相等，确定所述低压压气机的流道形式为等中径形式；
所述低压压气机进口平均轴向马赫数为0.48～0.51；
所述低压压气机进口轮毂比为0.4～0.48；
所述低压压气机叶片展弦比为1.4～1.8；
计算所述动力涡轮的出口环形面积，包括
通过以下公式计算
Figure QLYQS_2
Figure QLYQS_3
Figure QLYQS_4
Figure QLYQS_5
式中，We为动力涡轮出口流量，k为比热比，K为流量系数，
Figure QLYQS_6
为动力涡轮出口总温，/>
Figure QLYQS_7
为动力涡轮出口总压，Ae为动力涡轮出口环形面积，Rgas为气体常数，Mae为动力涡轮出口马赫数，Te为动力涡轮出口静温。/>
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《舰船燃气轮机变几何动力涡轮三维粘性流场的数值分析》;冯永明 等;《哈尔滨工程大学学报》;20051030;全文 *
低压涡轮气动/声学一体化设计――总体参数优化;谭洪川等;《推进技术》;20120815(第04期);全文 *

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