CN110717219A - 航空发动机整机状态下压气机进口流量的获取方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本申请属于航空发动机控制技术领域，具体涉及一种航空发动机整机状态下压气机进口流量的获取方法及装置，所述方法包括：获取设计状态下压气机导叶角度设计值与压气机进口换算转速设计值之间的关系；获取发动机工作状态下的压气机导叶角度测量值与压气机进口换算转速测量值；确定压气机导叶角度测量值与设计值的偏差；根据所述偏差，基于核心机试验时所确定的转速流量特性曲线，确定压气机进口流量。本申请求解的整机状态下压气机的进口流量是基于不同环境条件下核心机试验数据插值得到的，可以表示整机状态下流量的真实水平，实现整机下压气机工作点评估。
Description
技术领域
本申请属于航空发动机控制技术领域，特别涉及一种航空发动机整机状态下压气机进口流量的获取方法及装置。
背景技术
随着对航空发动机整机性能研究的不断深入，双转子航空发动机整机状态下压气机的工作点评估逐渐成为急需解决的问题之一，直接影响对整机性能及稳定性评估。
目前整机状态下可以直接测量压气机压比、转速，但是无法测量压气机流量，主要因为整机条件下不能提供压气机流量所需的流道环境、测量设备不可达的限制，现有测量手段无法获得整机状态压气机进口流量，因此无法对压气机工作状态进行精确评估。
现有的技术方法是采用发动机总体性能仿真模型计算得到压气机进口流量。该方法基于压气机部件试验特性开展评估。由于部件试验时温度、压力、转速是按相似条件模拟，未考虑风扇出口的进气畸变，模拟温度也比整机实际温度低，导致燃气定压比热、比热比及间隙等条件和整机环境差异大，致使部件特性与其在整机上的真实表现存在较大差异，计算所得压气机进口流量可能和实际结果偏差较大，在技术层面还不能很好地实现工程应用。
发明内容
为了解决上述技术问题至少之一，本申请提供了一种航空发动机整机状态下压气机进口流量的获取方法及装置，本申请第一方面提供了一种航空发动机整机状态下压气机进口流量的获取方法，所述方法包括：
获取设计状态下压气机导叶角度设计值与压气机进口换算转速设计值之间的关系；
获取发动机工作状态下的压气机导叶角度测量值与压气机进口换算转速测量值；
确定压气机导叶角度测量值与设计值的偏差；
根据所述偏差，基于核心机试验时所确定的转速流量特性曲线，确定压气机进口流量。
优选的是，确定压气机导叶角度测量值与设计值的偏差之前包括：
确定发动机处于稳态或者过渡态；
若所述发动机处于稳态时，采用压气机进口换算转速实测值作为所述压气机进口换算转速测量值，若所述发动机处于过渡态时，所述压气机进口换算转速测量值获取方法包括：
根据风扇进口的风扇流量测量值、风扇换算转速、风扇导叶角度确定风扇效率；
根据所述风扇效率获取压气机进口总温；
根据所述压气机进口总温与其设计值，确定压气机进口换算转速测量值。
优选的是，基于核心机试验时所确定的转速流量特性曲线，通过插值的方法确定压气机进口流量。
本申请第二方面提供了一种航空发动机整机状态下压气机进口流量的获取装置，包括：
压气机导叶角度控制规律获取模块，用于获取设计状态下压气机导叶角度设计值与压气机进口换算转速设计值之间的关系；
工作状态参数确定模块，用于获取发动机工作状态下的压气机导叶角度测量值与压气机进口换算转速测量值；
压气机导叶角度偏差计算模块，用于确定压气机导叶角度测量值与设计值的偏差；
压气机进口流量计算模块，用于根据所述偏差，基于核心机试验时所确定的转速流量特性曲线，确定定压气机进口流量。
优选的是，工作状态参数确定模块包括：
发动机状态判定单元，用于确定发动机处于稳态或者过渡态；
压气机进口换算转速测量值确定单元，用于当所述发动机处于稳态时，采用压气机进口换算转速实测值作为所述压气机进口换算转速测量值，当所述发动机处于过渡态时，通过换算单元计算所述压气机进口换算转速测量值，所述换算单元包括：
风扇效率确定单元，用于根据风扇进口的风扇流量测量值、风扇换算转速、风扇导叶角度确定风扇效率；
压气机进口总温确定单元，用于根据所述风扇效率获取压气机进口总温；
压气机进口换算转速计算单元，根据所述压气机进口总温与其设计值，确定压气机进口换算转速测量值。
优选的是，所述压气机进口流量计算模块包括插值计算单元，用于通过插值的方法确定压气机进口流量。
本发明求解的整机状态下压气机的进口流量是基于不同环境条件下核心机试验数据插值得到的，可以表示整机状态下流量的真实水平，实现整机下压气机工作点评估，对整机稳态、过渡态及压气机部件性能评估具有重大的意义。
附图说明
图1是本申请航空发动机整机状态下压气机进口流量的获取方法的一优选实施方式的流程图。
图2是本申请的图1所示实施例的设计状态下压气机导叶角度设计值与压气机进口换算转速设计值之间的关系示意图。
图3是本申请的图1所示实施例的核心机加温加压模拟整机状态不同压气机导叶角度下转速流量特性示意图。
具体实施方式
为使本申请实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施方式中的附图，对本申请实施方式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。所描述的实施方式是本申请一部分实施方式，而不是全部的实施方式。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，旨在用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。基于本申请中的实施方式，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方式，都属于本申请保护的范围。下面结合附图对本申请的实施方式进行详细说明。
本申请第一方面提供了一种航空发动机整机状态下压气机进口流量的获取方法，如图1所示，主要包括：
步骤S1、获取设计状态下压气机导叶角度设计值与压气机进口换算转速设计值之间的关系；
步骤S2、获取发动机工作状态下的压气机导叶角度测量值与压气机进口换算转速测量值；
步骤S3、确定压气机导叶角度测量值与设计值的偏差；
步骤S4、根据所述偏差，基于核心机试验时所确定的转速流量特性曲线，确定压气机进口流量。
本申请中，步骤S1中，设计状态下压气机导叶角度设计值与压气机进口换算转速设计值之间的关系如图2所示，图2中，横坐标为压气机进口换算转速n2r25，纵坐标为压气机导叶角度α2，由此形成的α2控制规律曲线。
步骤S2中，在一些可选实施方式中，首先判断发动机状态，发动机状态分为稳态与过渡态，整机试车时，当发动机处于稳态时，此时整机测量值n2r25，α2真实可信，将此时n2r25下对应的α2与图2中的设计状态相减得到Δα2，根据n2r25、Δα2在图3中进行二维插值即可得到压气机进口流量W25R。
图3为核心机加温加压模拟整机状态不同压气机导叶角度下转速流量特性示意图，核心机为双转子航空发动机去掉低压转子部分，保留压气机、燃烧室、高压涡轮部分；核心机加温加压试验为通过高空台加温加压能力模拟整机下压气机进口条件，此时核心机进口流量可以测量获得，因此可以获得压气机工作特性。对于航空涡扇发动机，核心机试验时，压气机进口换算流量是可以测量的，通过核心机加温加压试验，可以模拟得到整机状态不同工作环境、不同α2角度下转速流量特性。例如，按发动机进口为地面标准大气环境进行压气机进口条件进行模拟，得到其流量特性见图3。
当发动机处于过渡态时，此时整机测量值T25有延时，导致n2r25偏大，此时采用风扇的进口测量结果W1R、n1R、α1，求解风扇效率ηCL，进一步求解总温T25，求解方法如下：
ηCL＝f(W1R,n1R,α1)；
其中，ηCL为风扇效率，W1R为风扇流量测量值，n1R为风扇换算转速，α1为风扇导叶角度，α2为压气机导叶角度，W25R为压气机流量，T2为风扇进口总温，T25为压气机进口总温，n2r25为压气机进口换算转速，πCL为风扇压比测量值，T25_设计点为设计状态T25的值，n2为高压压气机相对转速。
将此时n2r25下对应的α2与图2中的设计状态相减得到Δα2，根据n2r25、Δα2在图3中进行二维插值得到W25R。
本发明求解的整机状态下压气机的进口流量是基于不同环境条件下核心机试验数据插值得到的，可以表示整机状态下流量的真实水平，实现整机下压气机工作点评估，对整机稳态、过渡态及压气机部件性能评估具有重大的意义。
以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (6)
1.航空发动机整机状态下压气机进口流量的获取方法，其特征在于，包括：
获取设计状态下压气机导叶角度设计值与压气机进口换算转速设计值之间的关系；
获取发动机工作状态下的压气机导叶角度测量值与压气机进口换算转速测量值；
确定压气机导叶角度测量值与设计值的偏差；
根据所述偏差，基于核心机试验时所确定的转速流量特性曲线，确定压气机进口流量。
2.如权利要求1所述的航空发动机整机状态下压气机进口流量的获取方法，其特征在于，确定压气机导叶角度测量值与设计值的偏差之前包括：
确定发动机处于稳态或者过渡态；
若所述发动机处于稳态时，采用压气机进口换算转速实测值作为所述压气机进口换算转速测量值，若所述发动机处于过渡态时，所述压气机进口换算转速测量值获取方法包括：
根据风扇进口的风扇流量测量值、风扇换算转速、风扇导叶角度确定风扇效率；
根据所述风扇效率获取压气机进口总温；
根据所述压气机进口总温与其设计值，确定压气机进口换算转速测量值。
3.如权利要求1所述的航空发动机整机状态下压气机进口流量的获取方法，其特征在于，基于核心机试验时所确定的转速流量特性曲线，通过插值的方法确定压气机进口流量。
4.航空发动机整机状态下压气机进口流量的获取装置，其特征在于，包括：
压气机导叶角度控制规律获取模块，用于获取设计状态下压气机导叶角度设计值与压气机进口换算转速设计值之间的关系；
工作状态参数确定模块，用于获取发动机工作状态下的压气机导叶角度测量值与压气机进口换算转速测量值；
压气机导叶角度偏差计算模块，用于确定压气机导叶角度测量值与设计值的偏差；
压气机进口流量计算模块，用于根据所述偏差，基于核心机试验时所确定的转速流量特性曲线，确定定压气机进口流量。
5.如权利要求4所述的航空发动机整机状态下压气机进口流量的获取装置，其特征在于，工作状态参数确定模块包括：
发动机状态判定单元，用于确定发动机处于稳态或者过渡态；
压气机进口换算转速测量值确定单元，用于当所述发动机处于稳态时，采用压气机进口换算转速实测值作为所述压气机进口换算转速测量值，当所述发动机处于过渡态时，通过换算单元计算所述压气机进口换算转速测量值，所述换算单元包括：
风扇效率确定单元，用于根据风扇进口的风扇流量测量值、风扇换算转速、风扇导叶角度确定风扇效率；
压气机进口总温确定单元，用于根据所述风扇效率获取压气机进口总温；
压气机进口换算转速计算单元，根据所述压气机进口总温与其设计值，确定压气机进口换算转速测量值。
6.如权利要求4所述的航空发动机整机状态下压气机进口流量的获取装置，其特征在于，所述压气机进口流量计算模块包括插值计算单元，用于通过插值的方法确定压气机进口流量。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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