CN110147593B - 一种发动机污染物排放预测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种发动机污染物排放预测方法，以国际民航组织发动机污染物排放数据库中的污染物排放数据作为参考数据，结合航空发动机污染物生成机理、发动机性能计算模型，对比所研究发动机和参考发动机在污染物生成条件上的差异，并根据差异对参考发动机的污染物排放数据进行修正，得到所研究发动机的污染物排放数据。对于污染物排放数据未知的发动机尤其是处在总体设计阶段的发动机，该方法可以获得在国际民航组织发动机污染物排放数据库中所规定状态下相应的污染物排放数据，并可以利用该数据作为基础，进一步研究发动机在不同飞行条件下的污染物排放情况，对研究航空发动机污染物排放以及综合评价发动机性能具有重要作用。

Description

一种发动机污染物排放预测方法
技术领域
本发明属于航空发动机领域，涉及一种发动机污染物排放预测方法。
背景技术
随着现代社会对环境问题的日益关注，对航空发动机污染排放物进行分析计算已成为发动机研制的热点方向，其成果可为发动机污染物排放的评估提供理论依据。但是，通过实验的方法获得发动机的污染物排放数据在发动机设计阶段无法实现，对设计阶段发动机的污染物排放预测由于缺乏相应的排放数据却无法进行。以国际民航组织排放数据库中所选择的参考发动机的排放数据作为参考，结合所研究发动机的特点，获得尚处于设计阶段发动机的污染物排放数据为发动机的总体评估提供了便利。
发明内容
要解决的技术问题
为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种发动机污染物排放预测方法，以至少解决处于设计阶段发动机的污染物排放数据未知的问题。
技术方案
一种发动机污染物排放预测方法，其特征在于步骤如下：
步骤1：根据所研究的发动机的类型、推力等级和技术年代，从国际民航组织航空发动机污染物排放数据库ICAO EEDB中选择一型与所研究发动机接近的参考发动机，将参考发动机的污染物排放数据作为参考值；
步骤2：利用发动机性能计算模型，对参考发动机在国际标准大气条件下的地面节流特性进行计算，通过计算节流特性得到发动机推力和燃烧室进口静温静压参数随油门杆位置的变化关系，进而通过插值得到参考发动机在国际民航组织航空发动机污染物排放数据库所规定的起飞、爬升、进近和滑行四种推力状态下的燃烧室进口静温
Figure BDA0002054051460000021
和静压
Figure BDA0002054051460000022
i代表起飞、爬升、进近和滑行四种不同的状态，ref代表参考发动机；
步骤3：利用发动机性能计算模型，对所研究的发动机在国际标准大气条件下的地面节流特性进行计算，通过计算节流特性得到发动机推力和燃烧室进口静温静压参数随油门杆位置的变化关系，进而通过插值得到所研究的发动机在国际民航组织航空发动机污染物排放数据库所规定的起飞、爬升、进近和滑行四种推力状态下的燃烧室进口静温
Figure BDA0002054051460000023
和静压
Figure BDA0002054051460000024
步骤4：对比两种发动机在地面四种状态下的静温和静压差异，定义如下的温度修正系数θi和压力修正系数δi来表示两种发动机在燃烧室进口静温和静压的差异：
Figure BDA0002054051460000025
Figure BDA0002054051460000026
其中，θi为参考发动机与所研究发动机的静温比，δi为参考发动机与所研究发动机的静压比；
步骤5：根据两种发动机在四种状态下静温和静压的差异，即得到的两种发动机在四种状态下温度修正系数和压力修正系数，对参考发动机的污染物排放数据进行修正。修正方法按照下式进行：
Figure BDA0002054051460000027
Figure BDA0002054051460000028
Figure BDA0002054051460000029
其中，EI表示排放指数，其定义为发动机燃烧单位燃油所产生的污染物的质量；NOx、UHC和CO是三种发动机主要污染物，分别为氮氧化物、未燃烧氢氧化物以及一氧化碳；
步骤6：利用发动机性能计算模型，对所研究的发动机在国际标准大气条件下的地面节流特性进行计算，通过计算节流特性得到发动机推力和燃油流量随油门杆位置的变化关系，进而通过插值得到所研究发动机在地面起飞、爬升、进近和滑行四种状态下的燃油流量；
步骤7：将四种状态下的燃油流量及不同状态下对应的经过修正的污染物排放数据结合，形成所研究发动机的污染物排放预测数据；具体的，将通过发动机性能仿真软件计算得到的所研究发动机在地面起飞、爬升、进近和滑行四种推力状态下的燃油流量作为排放数据库中四种状态下的燃油流量，将经过修正的各个状态下的污染物排放数据作为所研究发动机的污染物排放数据，形成完整的所研究发动机的污染物排放数据。
所述步骤2与步骤3互换顺序。
有益效果
本发明提出的一种发动机污染物排放预测方法，通过在国际民航组织发动机污染物排放数据库中选择与所研究发动机类型相同、推力等级和技术年代类似的参考发动机并将其污染物排放数据作为参考数据，结合航空发动机污染物生成机理、发动机性能计算模型，对比所研究发动机和参考发动机在污染物生成条件上的差异，并根据差异对参考发动机的污染物排放数据进行修正，得到所研究发动机的污染物排放数据。对于污染物排放数据未知的发动机尤其是处在总体设计阶段的发动机，该方法可以获得在国际民航组织发动机污染物排放数据库中所规定状态下相应的污染物排放数据，并可以利用该数据作为基础，进一步研究发动机在不同飞行条件下的污染物排放情况，对研究航空发动机污染物排放以及综合评价发动机性能具有重要作用。
本发明的效果在于：应用本发明的发动机污染物排放预测方法，可以克服无法获得发动机污染物排放数据或者处于设计阶段的发动机无污染物排放数据的问题。
附图说明
图1是根据本发明实施例可选的一种发动机污染物排放预测方法流程示意图。
具体实施方式
现结合实施例、附图对本发明作进一步描述：
参见图1，在国际民航组织发动机污染物排放数据库中选择与所研究发动机类型相同、推力等级和技术年代类似的参考发动机并将其污染物排放数据作为参考数据，通过发动机性能计算模型对参考发动机和所研究发动机在国际民航组织排放数据库规定的几个状态点的性能进行计算，结合航空发动机污染物生成机理，对比所研究发动机和参考发动机在污染物生成条件上的差异，并根据差异对参考发动机的污染物排放数据进行修正，得到所研究发动机的污染物排放预测数据。
本发明的具体实施例包含以下步骤。
步骤一，根据所研究的发动机的类型、推力等级和技术年代等，从国际民航组织航空发动机污染物排放数据库(ICAO EEDB)中选择一型与所研究发动机接近的参考发动机，将参考发动机的污染物排放数据作为参考值。
步骤二，利用发动机性能计算模型，计算参考发动机在国际标准大气条件下的地面节流特性，通过计算节流特性得到发动机推力和燃烧室进口静温静压等参数随油门杆位置的变化关系，进而通过插值得到参考发动机在国际民航组织航空发动机污染物排放数据库所规定的起飞、爬升、进近和滑行四种推力状态下的燃烧室进口静温
Figure BDA0002054051460000041
和静压
Figure BDA0002054051460000042
(i代表起飞、爬升、进近和滑行四种不同的状态，ref代表参考发动机)。
步骤三，利用发动机性能计算模型，计算所研究的发动机在国际标准大气条件下的地面节流特性，通过计算节流特性得到发动机推力和燃烧室进口静温静压等参数随油门杆位置的变化关系，进而通过插值得到所研究的发动机在国际民航组织航空发动机污染物排放数据库所规定的起飞、爬升、进近和滑行四种推力状态下的燃烧室进口静温
Figure BDA0002054051460000051
和静压
Figure BDA0002054051460000052
(i代表起飞、爬升、进近和滑行四种不同的状态)。
步骤四，对比两种发动机在地面四种状态下的静温和静压差异。对于参考发动机其静温和静压分别为
Figure 1
和
Figure 2
对于所研究发动机其静温和静压分别为
Figure BDA0002054051460000055
和
Figure BDA0002054051460000056
定义如下的温度修正系数θi和压力修正系数δi来表示两种发动机在燃烧室进口静温和静压的差异(i代表起飞、爬升、进近和滑行四种不同的状态，ref代表参考发动机)：
Figure BDA0002054051460000057
Figure BDA0002054051460000058
步骤五，根据两种发动机在四种状态下静温和静压的差异，即得到的两种发动机在四种状态下温度修正系数和压力修正系数，对参考发动机的污染物排放数据进行修正。修正方法按照下式进行：
Figure BDA0002054051460000059
Figure BDA00020540514600000510
Figure BDA00020540514600000511
其中，i代表起飞、爬升、进近和滑行四种不同的状态；EI表示排放指数，其定义为发动机燃烧单位燃油所产生的污染物的质量；ref表示参考发动机，NOx、UHC和 CO是三种发动机主要污染物，分别为氮氧化物、未燃烧氢氧化物以及一氧化碳；θi为参考发动机与所研究发动机的静温比，δi为参考发动机与所研究发动机的静压比。
步骤六，利用发动机性能计算模型，计算所研究的发动机在国际标准大气条件下的地面节流特性，通过计算节流特性得到所研究的发动机推力和燃油流量随油门杆位置的变化关系，进而通过插值得到所研究发动机在国际民航组织航空发动机污染物排放数据库所规定的地面起飞、爬升、进近和滑行四种状态下的燃油流量。
步骤七，将四种状态下的燃油流量及不同状态下对应的经过修正的污染物排放数据结合，形成所研究发动机的污染物排放预测数据。具体的，将通过发动机性能仿真软件计算得到的所研究发动机在地面起飞、爬升、进近和滑行四种推力状态下的燃油流量作为排放数据库中四种状态下的燃油流量，将经过修正的各个状态下的污染物排放数据作为所研究发动机的污染物排放数据，形成完整的所研究发动机的污染物排放数据。

Claims (2)

1.一种发动机污染物排放预测方法，其特征在于步骤如下：
步骤1：根据所研究的发动机的类型、推力等级和技术年代，从国际民航组织航空发动机污染物排放数据库ICAO EEDB中选择一型与所研究发动机接近的参考发动机，将参考发动机的污染物排放数据作为参考值；
步骤2：利用发动机性能计算模型，对参考发动机在国际标准大气条件下的地面节流特性进行计算，通过计算节流特性得到发动机推力和燃烧室进口静温静压参数随油门杆位置的变化关系，进而通过插值得到参考发动机在国际民航组织航空发动机污染物排放数据库所规定的起飞、爬升、进近和滑行四种推力状态下的燃烧室进口静温
Figure FDA0002054051450000011
和静压
Figure FDA0002054051450000012
i代表起飞、爬升、进近和滑行四种不同的状态，ref代表参考发动机；
步骤3：利用发动机性能计算模型，对所研究的发动机在国际标准大气条件下的地面节流特性进行计算，通过计算节流特性得到发动机推力和燃烧室进口静温静压参数随油门杆位置的变化关系，进而通过插值得到所研究的发动机在国际民航组织航空发动机污染物排放数据库所规定的起飞、爬升、进近和滑行四种推力状态下的燃烧室进口静温
Figure FDA0002054051450000013
和静压
Figure FDA0002054051450000014
步骤4：对比两种发动机在地面四种状态下的静温和静压差异，定义如下的温度修正系数θi和压力修正系数δi来表示两种发动机在燃烧室进口静温和静压的差异：
Figure FDA0002054051450000015
Figure FDA0002054051450000016
其中，θi为参考发动机与所研究发动机的静温比，δi为参考发动机与所研究发动机的静压比；
步骤5：根据两种发动机在四种状态下静温和静压的差异，即得到的两种发动机在四种状态下温度修正系数和压力修正系数，对参考发动机的污染物排放数据进行修正； 修正方法按照下式进行：
Figure FDA0002054051450000021
Figure FDA0002054051450000022
Figure FDA0002054051450000023
其中，EI表示排放指数，其定义为发动机燃烧单位燃油所产生的污染物的质量；NOx、UHC和CO是三种发动机主要污染物，分别为氮氧化物、未燃烧氢氧化物以及一氧化碳；
步骤6：利用发动机性能计算模型，对所研究的发动机在国际标准大气条件下的地面节流特性进行计算，通过计算节流特性得到发动机推力和燃油流量随油门杆位置的变化关系，进而通过插值得到所研究发动机在地面起飞、爬升、进近和滑行四种状态下的燃油流量；
步骤7：将四种状态下的燃油流量及不同状态下对应的经过修正的污染物排放数据结合，形成所研究发动机的污染物排放预测数据；具体的，将通过发动机性能仿真软件计算得到的所研究发动机在地面起飞、爬升、进近和滑行四种推力状态下的燃油流量作为排放数据库中四种状态下的燃油流量，将经过修正的各个状态下的污染物排放数据作为所研究发动机的污染物排放数据，形成完整的所研究发动机的污染物排放数据。
2.根据权利要求1所述发动机污染物排放预测方法，其特征在于：所述步骤2与步骤3互换顺序。
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6623975B1 (en) * 2000-05-09 2003-09-23 Gordon-Darby Systems, Inc. Method and system for vehicle emission testing
CN102867073A (zh) * 2011-07-08 2013-01-09 中国民航科学技术研究院 一种基于性能导航的飞行程序设计系统及验证平台和验证方法
CN104729855A (zh) * 2015-03-16 2015-06-24 西北工业大学 一种实验气体污染对超燃冲压发动机性能影响的评估方法
CN107123315A (zh) * 2017-06-06 2017-09-01 南京航空航天大学 一种考虑环境影响的终端区进离场航线优化方法

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1903204A1 (en) * 2006-09-12 2008-03-26 Siemens Aktiengesellschaft Method for reducing pollutant emissions and consumption of an engine
DE102008004221A1 (de) * 2008-01-14 2009-07-16 Robert Bosch Gmbh Bestimmung einer während des Betriebs einer Brennkraftmaschine auftretenden NOx- und Rußemission
CN107436974A (zh) * 2017-07-19 2017-12-05 南京航空航天大学 一种面向大气环境影响的机场飞行区布局规划方法
US11408356B2 (en) * 2017-10-03 2022-08-09 General Electric Company Method of operating a combustion system with main and pilot fuel circuits
CN109657026B (zh) * 2018-12-17 2023-01-10 北京师范大学 一种基于空域尺度的航空大气污染物排放量测定方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6623975B1 (en) * 2000-05-09 2003-09-23 Gordon-Darby Systems, Inc. Method and system for vehicle emission testing
CN102867073A (zh) * 2011-07-08 2013-01-09 中国民航科学技术研究院 一种基于性能导航的飞行程序设计系统及验证平台和验证方法
CN104729855A (zh) * 2015-03-16 2015-06-24 西北工业大学 一种实验气体污染对超燃冲压发动机性能影响的评估方法
CN107123315A (zh) * 2017-06-06 2017-09-01 南京航空航天大学 一种考虑环境影响的终端区进离场航线优化方法

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Modelling pollutant emissions in diesel engines, influence of biofuel on pollutant formation;ZvonimirPetranović;《Journal of Environmental Management》;20171231;全文 *
燃烧加热污染空气对超燃冲压发动机性能影响研究;郭帅帆等;《推进技术》;20130415(第04期);全文 *
飞机QAR数据的空气污染物排放量计算研究;李娜等;《环境科学与技术》;20150115(第01期);全文 *

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