CN113309729A - 多级轴流压气机试验监测方法及装置 - Google Patents

多级轴流压气机试验监测方法及装置 Download PDF

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Abstract

公开了一种多级轴流压气机试验监测方法，包括：获取所述多级轴流压气机的第n级的几何参数；接收所述多级轴流压气机的试验测量数据，所述试验测量数据至少包括气流的压力和温度数据；基于第n级的几何参数和试验测量数据确定第n级的气流速度参数；以及基于第n级的几何参数、试验测量数据和气流速度参数来计算第n级的静压升系数比。还公开了一种多级轴流压气机试验监测装置。该监测装置能够在试验过程中监测多级轴流压气机在不同工况下各级的负荷水平，识别失速先发级，为优化压气机气动设计、改善级间匹配提供数据支撑。此外，通过监测各级负荷水平对压气机失速/喘振进行预判，避免压气机试验过程中不必要的进喘。

Description

多级轴流压气机试验监测方法及装置
技术领域
本申请一般涉及航空发动机压气机，尤其涉及多级轴流压气机试验监测方法及装置。
背景技术
多级轴流压气机由多级组成，每一级包含一排转子叶片和随后的一排静子叶片，每级具有相应的增压能力。气流首先由转子叶片加速，在静子叶片通道减速，将转子中的动能转变为静压能。该过程在多级叶片中反复进行，直到总压比达到要求为止。
喘振和旋转失速是航空发动机压气机两类典型的气动失稳现象，气动失稳不仅严重制约着发动机性能的提高，更是发动机必须避免的工作状态。针对压气机的气动失稳问题，一些技术根据大量的低速压气机模拟试验测量数据建立了失速静压升系数的计算模型，并广泛应用于轴流压气机一维方案设计的失速预估。研究人员采用该模型进行了相关研究，结果表明该模型可以在一维方案设计阶段较为准确地预测轴流压气机失速边界。
然而，这种计算模型一般仅在压气机设计阶段进行仿真计算，而无法应用于真实的轴流压气机的试验监测。由于多级轴流压气机级间布置测点的空间有限，无法在试验中直接获取失速静压升模型的气流速度参数，导致现有技术中缺乏用于试验中在线监测多级轴流压气机单级负荷的方法及装置。
因此，本领域需要用于多级轴流压气机的试验监测方法及装置。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于：如何监测多级轴流压气机的单级负荷。
为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案。
本公开的一方面涉及一种多级轴流压气机试验监测方法，该方法包括针对所述多级轴流压气机的第n级：获取所述多级轴流压气机的第n级的几何参数；接收所述多级轴流压气机的试验测量数据，所述试验测量数据至少包括气流的压力和温度数据；基于第n级的几何参数和试验测量数据确定第n级的气流速度参数；以及基于第n级的几何参数、试验测量数据和气流速度参数来计算第n级的静压升系数比。
根据一些示例性实施例，计算第n级的静压升系数比包括利用第n级的试验测量数据和气流速度参数来计算第n级的静压升系数；利用第n级的几何参数、试验测量数据和气流速度参数来计算第n级允许的最大静压升系数；以及计算第n级的静压升系数与最大静压升系数的比值作为所述第n级的静压升系数比。
根据进一步的示例性实施例，该方法还包括利用第n级的试验测量数据和气流速度参数来计算第n级的转子的静压升系数和静子的静压升系数；以及基于第n级的转子的静压升系数和静子的静压升系数来获得第n级的静压升系数。
根据进一步的示例性实施例，该方法还包括利用第n-1级静子前缘总压、第n-1级静子前缘总温和相应损失系数来获得第n级的转子前缘总压和转子前缘总温；至少部分地基于第n级的转子前缘总压、转子前缘总温和转子前缘壁面静压来获得第n级的转子前缘静温，并且至少部分地基于第n级的静子前缘总压、静子前缘总温和静子前缘壁面静压来获得第n级的静子前缘静温，其中第n级的转子的静压升系数和静子的静压升系数还基于第n级的转子前缘静温和静子前缘静温。
根据一些示例性实施例，第n级的静压升系数是利用第n级的转子进口气流相对速度与第n级的静子进口气流绝对速度对第n级的转子的静压升系数和静子的静压升系数进行加权平均来获得的。
根据进一步的示例性实施例，该方法还包括利用第n级的几何参数、试验测量数据和气流速度参数来计算第n级的转子的最大静压升系数和静子的最大静压升系数；以及基于第n级的转子的最大静压升系数和静子的最大静压升系数来获得第n级的最大静压升系数。
根据一些示例性实施例，所述转子的最大静压升系数和所述静子的最大静压升系数各自借助于线性拟合，从而分别建立第n级的转子和静子各自的展弦比、稠度、进口气流轴向速度和转子的进出口周向速度与所述最大静压升系数之间的关系式。
根据一些示例性实施例，采用叶尖间隙修正系数、轴向间隙修正系数和雷诺数修正系数中的一者或多者对所述关系式进行修正。
根据一些示例性实施例，第n级的最大静压升系数是利用第n级的转子进口气流相对速度与第n级的静子进口气流绝对速度对第n级的转子的最大静压升系数和静子的最大静压升系数进行加权平均来获得的。
根据进一步的示例性实施例，该方法还包括当第n级的静压升系数比达到或超过预警阈值时，触发失速预警。
本公开的另一方面涉及一种多级轴流压气机试验监测装置，包括参数输入模块，用于接收所述多级轴流压气机的几何参数；数据获取模块，用于获取所述多级轴流压气机在进行试验时的试验测量数据；气流速度参数生成模块，用于基于所述几何参数和试验测量数据来生成每一级的相应气流速度参数；以及计算模块，用于基于所述几何参数、试验测量数据和每一级的相应气流速度参数来计算所述多级轴流压气机的每一级的静压升系数比。
根据一些示例性实施例，该装置还包括失速预警模块，其中当某一级的静压升系数比达到或超过预警阈值时，所述失速预警模块触发失速预警。
根据进一步的示例性实施例，计算模块还用于利用第n级的试验测量数据和气流速度参数来计算第n级的静压升系数；利用第n级的几何参数、试验测量数据和气流速度参数来计算第n级允许的最大静压升系数；以及计算第n级的静压升系数与最大静压升系数的比值作为所述第n级的静压升系数比。
根据进一步的示例性实施例，计算模块还用于利用第n级的试验测量数据和气流速度参数来计算第n级的转子的静压升系数和静子的静压升系数；以及基于第n级的转子的静压升系数和静子的静压升系数来获得第n级的静压升系数。
根据进一步的示例性实施例，计算模块还用于利用第n-1级静子前缘总压、第n-1级静子前缘总温和相应损失系数来获得第n级的转子前缘总压和转子前缘总温；至少部分地基于第n级的转子前缘总压、转子前缘总温和转子前缘壁面静压来获得第n级的转子前缘静温，并且至少部分地基于第n级的静子前缘总压、静子前缘总温和静子前缘壁面静压来获得第n级的静子前缘静温，其中第n级的转子的静压升系数和静子的静压升系数还基于第n级的转子前缘静温和静子前缘静温。
根据进一步的示例性实施例，计算模块还用于利用第n级的几何参数、试验测量数据和气流速度参数来计算第n级的转子的最大静压升系数和静子的最大静压升系数；以及基于第n级的转子的最大静压升系数和静子的最大静压升系数来获得第n级的最大静压升系数。
根据一些示例性实施例，所述转子的最大静压升系数和所述静子的最大静压升系数各自借助于线性拟合，从而分别建立第n级的转子和静子各自的展弦比、稠度、进口气流轴向速度和转子的进出口周向速度与所述最大静压升系数之间的关系式。
根据进一步的示例性实施例，计算模块还用于利用第n级的转子进口气流相对速度与第n级的静子进口气流绝对速度对第n级的转子的静压升系数和静子的静压升系数进行加权平均来获得第n级的静压升系数；以及利用第n级的转子进口气流相对速度与第n级的静子进口气流绝对速度对第n级的转子的最大静压升系数和静子的最大静压升系数进行加权平均来获得第n级的最大静压升系数。
本公开的又一方面涉及一种计算机设备，包括处理器和存储器，所述存储器包括计算机可执行指令，所述计算机可执行指令在被所述处理器执行时执行如前述第一方面及其示例性实施例所述的方法。
本公开还包括其他相关方面。
附图说明
图1示出了根据本公开的一方面的多级轴流压气机试验单级负荷监测装置的框图。
图2示出了根据本公开的一方面的参数输入模块的框图。
图3示出了根据本公开的一方面的数据获取模块的框图。
图4示出了根据本公开的一方面的多级轴流压气机试验监测方法的流程图。
图5示出了根据本公开的另一方面的计算转子/静子静压升系数的过程的流程图。
图6示出了根据本公开的另一方面的计算转子/静子最大静压升系数的过程的流程图。
图7示出了根据本公开的另一方面的计算静压升系数比的过程的流程图。
具体实施方式
以下将结合说明书附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。
如上所述，气动失稳制约着发动机性能的提高，是发动机期望预防的工作状态。本发明利用静压升系数进行压气机试验的失速预估，可以有效解决压气机的气动失稳问题。静压升系数是基于平均节线自由流动压头的用于评估压气机单排叶片或单级负荷水平的系数。可建立失速静压升系数的计算模型，并应用于在试验中监测多级轴流压气机的单级负荷。在一个方面，静压升模型的输入可涉及压气机单级的气流速度参数。根据本发明的一个方面，在由于多级轴流压气机级间布置测点的空间有限而导致无法在试验中直接获取气流速度参数的情况下，本发明可通过压气机的几何参数和可测量的部分试验数据来估计每一级的相应气流速度参数，从而促成静压升模型的应用。
图1示出了根据本公开的一方面的多级轴流压气机试验单级负荷监测装置100的框图10。
如图所示，根据本公开的一方面，多级轴流压气机试验单级负荷监测装置（简称监测装置）100包括参数输入模块101、数据获取模块102、气流速度参数生成模块103、计算模块104。附加地或替换地，多级轴流压气机试验单级负荷监测装置100还包括存储模块105和/或失速预警模块106（以虚线表示）。
参数输入模块101用于接收多级轴流压气机的几何参数。
数据获取模块102用于获取多级轴流压气机在进行试验时的测量数据。
气流速度参数生成模块103用于基于来自参数输入模块101的几何参数和来自数据获取模块102的测量数据来生成每一级的相应气流速度参数。作为示例而非限定，可利用压气机物理转速和几何参数计算第n级的转子进出口周向速度，利用静子前缘总压和静子前缘壁面静压计算第n级的静子进口气流绝对速度，利用转子前缘总压和转子前缘壁面静压计算第n级的转子进口气流绝对速度，利用多级轴流压气机的进口物理流量和级间引气量以及几何参数计算第n级的转子和静子的进口气流轴向速度，利用转子进口气流绝对速度、轴向速度和转子前缘周向速度计算第n级的转子进口气流相对速度等等。
计算模块104用于基于几何参数、试验测量数据和每一级的相应气流速度参数（如在气流速度参数生成模块103中所生成）来计算多级轴流压气机的每一级的静压升系数比。计算模块104可使用现有的静压升系数计算模型，或者可以根据需要建立新的静压升系数计算模型。
存储模块105用于存储几何参数、测量数据、每一级的相应气流速度参数和每一级的静压升系数比。
失速预警模块106用于失速预判和失速先发级识别，当某一级的静压升系数比达到相应预警值，则触发失速预警。
本发明利用压气机试验可测量的参数与压气机几何参数来计算单级实际负荷，即静压升系数。在一个示例中，可实现压气机单级负荷的在线监测。在一个示例中，当单级的静压升系数与该级允许的最大静压升系数的比值（即，该级的静压升系数比）达到或超过阈值时，可触发失速预警。进一步地，还可将该级识别为失速先发级。单级的最大静压升系数（或称为失速静压升系数）可指压气机单排叶片或单级失速/接近失速时的静压升系数。在一方面，单级的最大静压升系数可以是基于线性拟合获得的最大经验负荷水平，诸如Koch最大静压升系数。在另一方面，可利用压气机试验可测量的参数与压气机几何参数来计算单级最大承载能力，即最大静压升系数。
在另一方面，可实现压气机单级负荷监测、失速预警和失速先发级识别。例如，当某一级的静压升系数比达到相应预警值时，可将该级识别为失速先发级。在识别出失速先发级之后，可以提供相应的报警信号和/或采取对应措施，比如进行放气降压等操作，避免进入压气机失速状态或者缓解压气机失速状态。
参考图2，示出了根据本公开的一方面的参数输入模块200的框图20。参数输入模块200包括用于接收来自人机交互接口（例如，由操作人员手动输入）和/或计算机系统（例如，由计算机系统响应于读取指令而输出）的压气机几何参数的各个子模块201-208。具体而言，参数输入模块200包括压气机各级转子前/尾缘半径输入子模块201、各级静子前/尾缘半径输入子模块202、各级转子稠度和展弦比输入子模块203、各级静子稠度和展弦比输入子模块204、各级转子叶片数输入子模块205、各级静子叶片数输入子模块206、各级转子/静子轴向间隙输入子模块207、以及可任选的各级静压升系数比预警值输入子模块208（以虚线表示）。
在本描述中，转子/静子的进口对应于转子/静子的前缘，而转子/静子的出口则对应于转子/静子的尾缘，即，术语“进口”与“前缘”可互换使用并且“出口”与“尾缘”亦可互换使用。
参考图3，示出了根据本公开的一方面的数据获取模块300的框图30。数据获取模块300用于从压气机试验器（test facility）的稳态数据采集系统A获取（例如，获取、读出）压气机试验测量数据，包括压气机物理转速、进口物理流量、级间引气量、各级静子前缘总压、静子前缘总温、静子前缘壁面静压、各级转子前缘壁面静压、各级转子叶尖间隙等。
图4示出了根据本公开的一方面的多级轴流压气机试验监测方法400的流程图40。方法400可以由图1的监测装置100或其他计算设备来实现。
如图所示，针对多级轴流压气机的第n级，例如n为大于或等于1的正整数（n的最大值n max指示该多级轴流压气机的级数），该方法400包括以下步骤。
在步骤401，获取多级轴流压气机的第n级的几何参数。
作为示例而非限定，第n级的几何参数可包括第n级的转子前尾缘半径、第n级的静子前尾缘半径、第n级的转子稠度和展弦比、第n级的静子稠度和展弦比、第n级的转子叶片数、第n级的静子叶片数、第n级的转子和静子轴向间隙等等。也可构想并按需获取与多级轴流压气机有关的任何其他几何参数。步骤401中所描述的操作可由如上所述的参数输入模块101实现。
在步骤402，接收多级轴流压气机的试验测量数据，该试验测量数据至少包括气流的压力和温度数据。
作为示例而非限定，气流的压力和温度数据包括以下一者或多者：第n级的静子前缘总压、静子前缘总温、静子前缘壁面静压、第n级的转子前缘壁面静压、第n+1级的转子前缘壁面静压等等。替换地或附加地，试验测量数据还包括多级轴流压气机的物理转速和物理流量、各级转子叶尖间隙，其中物理流量包括多级轴流压气机的进口物理流量和级间引气量。也可构想并按需接收与多级轴流压气机试验有关的任何其他试验测量数据。步骤402中所描述的操作可由如上所述的数据获取模块102实现。
在步骤403，基于第n级的几何参数和试验测量数据确定第n级的气流速度参数。
作为示例而非限定，第n级的气流速度参数包括以下一者或多者：第n级的转子的进出口周向速度、第n级的转子的进口气流相对速度、第n级的静子的进口气流绝对速度、第n级的转子的进口气流轴向速度、第n级的静子的进口气流轴向速度等等。也可构想并按需确定与多级轴流压气机试验有关的任何其他气流速度参数。步骤403中所描述的操作可由如上所述的气流速度参数生成模块103实现。
在步骤404，基于第n级的几何参数、试验测量数据和气流速度参数来计算第n级的静压升系数比。在一方面，该静压升系数比可表征第n级的负荷系数。
在一示例实现中，计算第n级的静压升系数比可包括：利用第n级的试验测量数据和气流速度参数来计算第n级的静压升系数，利用第n级的几何参数、试验测量数据和气流速度参数来计算第n级允许的最大静压升系数，以及计算第n级的静压升系数与最大静压升系数的比值作为所述第n级的静压升系数比。
在进一步的示例实现中，可利用第n级的试验测量数据和气流速度参数来计算第n级的转子的静压升系数和静子的静压升系数，并且可基于第n级的转子的静压升系数和静子的静压升系数来获得第n级的静压升系数。
在一示例实现中，可利用第n-1级静子前缘总压、第n-1级静子前缘总温和相应损失系数来获得第n级的转子前缘总压和转子前缘总温。可至少部分地基于第n级的转子前缘总压、转子前缘总温和转子前缘壁面静压来获得第n级的转子前缘静温，并且至少部分地基于第n级的静子前缘总压、静子前缘总温和静子前缘壁面静压来获得第n级的静子前缘静温，其中第n级的转子的静压升系数和静子的静压升系数还基于第n级的转子前缘静温和静子前缘静温。
在进一步的示例实现中，可利用第n级的转子进口气流相对速度与第n级的静子进口气流绝对速度对第n级的转子的静压升系数和静子的静压升系数进行加权平均来获得第n级的静压升系数。
在进一步的示例实现中，可利用第n级的几何参数、试验测量数据和气流速度参数来计算第n级的转子的最大静压升系数和静子的最大静压升系数；并且可基于第n级的转子的最大静压升系数和静子的最大静压升系数来获得第n级的最大静压升系数。
在一示例实现中，转子的最大静压升系数和静子的最大静压升系数可各自借助于线性拟合，从而分别建立第n级的转子和静子各自的展弦比、稠度、进口气流轴向速度和转子的进出口周向速度与所述最大静压升系数之间的关系式。
进一步，可采用叶尖间隙修正系数、轴向间隙修正系数和雷诺数修正系数中的一者或多者对所建立的关系式进行修正。
在进一步的示例实现中，可利用第n级的转子进口气流相对速度与第n级的静子进口气流绝对速度对第n级的转子的最大静压升系数和静子的最大静压升系数进行加权平均来获得第n级的最大静压升系数。
步骤404中所描述的操作可由如上所述的计算模块104实现。
图5示出了根据本公开的另一方面的计算转子/静子静压升系数的过程500的流程图50。
如图所示，计算转子/静子静压升系数的过程500包括步骤S1-S11，其中所使用的各个参数可例如来自如上面关于图1-3所描述的参数输入模块101、数据获取模块102和/或气流速度参数生成模块103。
在框501，过程500可包括步骤S1：利用第n-1级静子前缘总压与静子总压损失系数计算第n级转子前缘总压，把第n-1级静子前缘总温作为第n级转子前缘总温。
在框502，过程500可包括步骤S2：利用转子/静子前缘总温计算转子/静子进口比热比。
在框503，过程500可包括步骤S3：利用转子/静子前缘总压、总温、壁面静压、比热比计算转子/静子前缘静温。
在框504，过程500可包括步骤S4：利用转子/静子前缘静温修正转子/静子进口气体比热比。
在框505，过程500可包括步骤S5：利用转子/静子前缘总压、壁面静压、比热比、气体常数计算转子/静子进口气流绝对速度。
在框506，过程500可包括步骤S6：利用压气机物理转速和转子前尾缘半径计算转子进出口周向速度。
在框507，过程500可包括步骤S7：利用压气机进口物理流量、级间引气量、各级流量修正系数计算转子/静子进口物理流量。
在框508，过程500可包括步骤S8：利用转子/静子前缘静压、静温、气体常数计算转子/静子进口气流密度。
在框509，过程500可包括步骤S9：利用转子/静子进口物理流量、气流密度、转子/静子前缘半径计算转子/静子进口气流轴向速度。
在框510，过程500可包括步骤S10：利用转子进口气流绝对速度、轴向速度和转子进口周向速度计算转子进口气流相对速度。
在框511，过程500可包括步骤S11：利用转子/静子前缘壁面静压、转子进出口周向速度、转子进口气流相对速度，静子进口气流绝对速度计算转子/静子静压升系数。
作为本公开的一个示例实现：在所述步骤S11中，转子静压升系数由下式1得到：
Figure DEST_PATH_IMAGE002
（式1）
式中，n表示压气机级的序号，C h,r(n)表示第n级转子静压升系数，k(n)表示气体比热比，R表示气体常数，T s,r(n)表示第n级转子前缘静温，P s,s(n)表示第n级静子前缘壁面静压，P s,r(n)表示第n级转子前缘壁面静压，U r,le(n)表示第n级转子进口周向速度，U r,te(n)表示第n级转子出口周向速度，W r(n)表示第n级转子进口气流相对速度。
作为本公开的另一示例实现：在所述步骤S11中，静子静压升系数由下式2得到：
Figure DEST_PATH_IMAGE004
（式2）
式中，n表示压气机级的序号，C h,s(n)表示第n级静子静压升系数，k(n)表示气体比热比，R表示气体常数，T s,s(n)表示第n级静子前缘静温，P s,s(n)表示第n级静子前缘壁面静压，P s,r(n+1)表示第n+1级转子前缘壁面静压，V S(n)表示第n级静子进口气流绝对速度。替换地，P s,r(n+1)可以用第n级静子后缘壁面静压来替换，而不失计算准确度。
作为本公开的进一步示例实现：单级静压升系数可由下式3得到：
Figure DEST_PATH_IMAGE006
（式3）
式中，C h,stg(n)表示第n级单级静压升系数，C h,r(n)表示第n级转子静压升系数，C h,s(n)表示第n级静子静压升系数，W r(n)表示第n级转子进口气流相对速度，V S(n)表示第n级静子进口气流绝对速度。
式1-3是基于平均节线自由流动压头的用于评估压气机单排叶片或单级负荷水平的实测系数。尤其，式3表征第n级的当前负荷水平。
上述过程500提供了利用试验测量数据和压气机几何参数来获取静压升系数计算公式的输入参数（包括气流速度参数）的示例性过程。在其他实现中，可以采用其他合适的输入、计算方式、算法等而不脱离本公开的范围。
鉴于此，本公开的一有利方面在于，利用压气机性能试验可测量的转速、流量、温度、压力等参数和压气机几何参数计算单排叶片的气流速度参数，可获取用于计算单排叶片静压升系数的直接输入参数。
本公开的另一有利方面在于，分别计算单排转子、单排静子的静压升系数，利用加权平均的方法计算单级静压升系数，相比现有技术而言计算过程相对简单且所得结果具有可靠的准确度。
图6示出了根据本公开的另一方面的计算转子/静子最大静压升系数的过程600的流程图60。
如图所示，计算转子/静子最大静压升系数的过程600包括步骤S12-S16，其中所使用的各个参数可例如来自如上面关于图1-3所描述的参数输入模块101、数据获取模块102和/或气流速度参数生成模块103。
在框601，过程600可包括步骤S12：利用转子/静子进口静温计算转子/静子进口气体粘性系数，利用转子/静子进口气流绝对速度、密度、粘性系数以及转子/静子前缘半径、展弦比、稠度计算雷诺数。
在框602，过程600可包括步骤S13：利用雷诺数计算雷诺数修正系数。
在框603，过程600可包括步骤S14：利用转子/静子前缘半径、叶片数计算前缘栅距，利用转子/静子轴向间隙、前缘栅距计算轴向间隙修正系数。
在框604，过程600可包括步骤S15：利用转子/静子尾缘半径、叶片数计算尾缘栅距，利用尾缘栅距、气流轴向速度、相对速度、绝对速度计算转子/静子出口流量系数，利用转子叶尖间隙、流量系数计算叶尖间隙修正系数。
在框605，过程600可包括步骤S16：利用转子/静子进口气流轴向速度、转子前尾缘周向速度、转子/静子展弦比、稠度及叶尖间隙、轴向间隙、雷诺数修正系数计算转子/静子最大静压升系数。
作为本公开的一个示例实现：在所述步骤S16中，转子最大静压升系数由下式4得到：
Figure DEST_PATH_IMAGE008
（式4）
式中，C hmax,r(n)表示第n级转子最大静压升系数，A 1、A 2为线性拟合系数，U r,le(n)表示第n级转子进口周向速度，C x,r(n)表示第n级转子进口气流轴向速度，τ r(n)表示第n级转子稠度，λ r(n)表示第n级转子展弦比，C tgap,r(n)表示第n级转子叶尖间隙修正系数，C agap,r(n)表示第n级转子轴向间隙修正系数，C Re,r(n)表示第n级转子雷诺数修正系数。
作为本公开的另一示例实现：在所述步骤S16中，静子最大静压升系数由下式5得到：
Figure DEST_PATH_IMAGE010
（式5）
式中，C hmax,s(n)表示第n级静子最大静压升系数，A 3、A 4为线性拟合系数，U r,te(n)表示第n级转子出口周向速度，C x,s(n)表示第n级静子进口气流轴向速度，τ s(n)表示第n级静子稠度，λ s(n)表示第n级静子展弦比，C agap,s(n)表示第n级静子轴向间隙修正系数，C Re,s(n)表示第n级静子雷诺数修正系数。
需要注意的是，式4-5中的修正对象和所采用的修正因子的数目仅仅是示例性的，并不构成唯一性的限定。本领域技术人员可根据需要来采用不同种类和数目的修正因子对上式4-5的线性拟合关系式进行修正。
作为本公开的进一步示例实现：单级静压升系数可由下式6得到：
Figure DEST_PATH_IMAGE012
（式6）
式中，C hmax,stg(n)表示第n级单级最大静压升系数，C hmax,r(n)表示第n级转子最大静压升系数，C hmax,s(n)表示第n级静子最大静压升系数，W r(n)表示第n级转子进口气流相对速度，V S(n)表示第n级静子进口气流绝对速度。
式4-6是压气机单排叶片或单级失速/接近失速时的静压升系数。尤其，式6表征第n级的最大经验负荷水平。
上述过程600提供了利用试验测量数据和压气机几何参数来获取用于最大静压升系数计算公式的输入参数（包括气流速度参数）的示例性过程。在其他实现中，可以采用其他合适的输入、计算方式、算法等。
鉴于此，本公开的一有利方面在于，利用压气机性能试验可测量的转速、流量、温度、压力等参数和压气机几何参数计算单排叶片的气流速度参数，获取用于计算单排叶片最大静压升系数的直接输入参数。
本公开的另一有利方面在于，通过线性拟合建立转子/静子稠度、展弦比、气流轴向速度和转子周向速度与最大静压升系数的关系式，并同时虑及了叶尖间隙、周向间隙、和/或雷诺数修正。
本公开的又一有利方面在于，分别计算单排转子、单排静子的最大静压升系数，利用加权平均的方法计算单级最大静压升系数。
图7示出了根据本公开的另一方面的计算静压升系数比的过程700的流程图70。
如图所示，计算静压升系数比的过程700包括步骤S17-S18。
在框701，过程700可包括步骤S17：利用转子/静子静压升系数和最大静压升系数计算单级静压升系数和单级最大静压升系数。
在步骤S17中，利用转子/静子静压升系数来计算单级静压升系数的实施方式如上面参照式3所描述。在步骤S17中，利用转子/静子最大静压升系数来计算单级最大静压升系数的实施方式如上面参照式6所描述。
在框702，过程700可包括步骤S18：利用单级静压升系数和单级最大静压升系数计算单级静压升系数比。
作为本公开的一个示例实现：在所述步骤S18中，单级静压升系数比由下式7得到：
Figure DEST_PATH_IMAGE014
（式7）
式中，E(n)表示第n级单级静压升系数比，C h,stg(n)表示第n级单级静压升系数，C hmax,stg(n)表示第n级单级最大静压升系数。尤其，静压升系数比E(n)表征第n级的负荷系数。
本公开的多级轴流压气机试验单级负荷监测装置，可在试验过程中监测多级轴流压气机在不同工况下各级的负荷水平，可识别失速先发级，为优化压气机气动设计、改善级间匹配提供数据支撑。此外，通过监测各级负荷水平对压气机失速/喘振进行预判，避免压气机试验过程中不必要的进喘。
以上实施方式中给出了公式和算法仅是作为示例而非限定。本领域技术人员可在本发明的教导下利用其他合适的公式和算法或其变型来计算转子/静子单级静压升系数和/或最大静压升系数。例如，用于计算转子/静子单级静压升系数和/或最大静压升系数的算法可以采用Koch模型来实现。
本公开的实施例可以通过相应的方法、装置、设备以及程序（例如，存储在计算机可读介质上，并可由处理器执行的程序）等来实现。包含或实现本公开的实施例的方法、装置、设备等可以通过软件、硬件、或固件等形式来实现，这些均在本公开的范围之内。当采用软件或固件等形式来实现时，相应的程序代码可被存储在软盘、光盘、DVD、硬盘、闪存、U盘、CF卡、SD卡、MMC卡、SM卡、记忆棒、XD卡、SDHC卡等介质上，或可通过通信介质进行传输，并由例如处理器等来执行以实现相应的功能或其部分、或功能的任何组合。
如果以软件实现，则各功能可作为一条或多条指令或代码存储在计算机可读介质上或藉其进行传送。计算机可读介质包括计算机存储介质和通信介质两者，这些介质包括促成计算机程序从一地向另一地转移的任何介质。存储介质可以是能被计算机访问的任何可用介质。作为示例而非限定，此类计算机可读介质可包括RAM、ROM、EPROM、EEPROM、CD-ROM或其他光盘存储、磁盘存储或其他磁存储设备、或能用于携带或存储指令或数据结构形式的期望程序代码且能被计算机访问的任何其他介质。任何连接也被正当地称为计算机可读介质。例如，如果软件是使用同轴电缆、光纤电缆、双绞线、数字订户线（DSL）、或无线技术（诸如红外（IR）、无线电、以及微波）从web网站、服务器、或其他远程源传送而来，则该同轴电缆、光纤电缆、双绞线、DSL或无线技术（诸如红外、无线电、以及微波）就被包括在介质的定义之中。如本文中所使用的盘（disk）和碟（disc）包括压缩碟（CD）、激光碟、光碟、数字多用碟（DVD）、软盘、和蓝光®碟，其中盘（disk）常常磁性地再现数据，而碟（disc）用激光来光学地再现数据。因此，在一些方面，计算机可读介质可以包括非瞬态计算机可读介质（例如，有形介质）。另外，对于其他方面，计算机可读介质可以包括瞬态计算机可读介质（例如，信号）。上述的组合应当也被包括在计算机可读介质的范围内。
软件模块可以包括单条指令、或许多条指令，且可分布在若干不同的代码段上，分布在不同的程序间以及跨多个存储介质分布。存储介质可被耦合到处理器以使得该处理器能从/向该存储介质读写信息。替换地，存储介质可以被整合到处理器。
在硬件实现中，机器可读介质可以是处理系统中与处理器分开的一部分。然而，如本领域技术人员将容易领会的，机器可读介质或其任何部分可在处理系统外部。作为示例，机器可读介质可包括传输线、由数据调制的载波、和/或与无线节点分开的计算机产品，所有这些都可由处理器通过总线接口来访问。替换地或补充地，机器可读介质或其任何部分可被集成到处理器中，诸如高速缓存和/或通用寄存器文件可能就是这种情形。
处理系统可以被配置成通用处理系统，该通用处理系统具有一个或多个提供处理器功能性的微处理器、以及提供机器可读介质中的至少一部分的外部存储器，它们都通过外部总线架构与其他支持电路系统链接在一起。替换地，处理系统可以用带有集成在单块芯片中的处理器、总线接口、用户接口（在接入终端情形中）、支持电路系统、和至少一部分机器可读介质的ASIC（专用集成电路）来实现，或者用一个或多个FPGA（现场可编程门阵列）、PLD（可编程逻辑器件）、控制器、状态机、门控逻辑、分立硬件组件、或者任何其他合适的电路系统、或者能执行本公开通篇所描述的各种功能性的电路的任何组合来实现。取决于具体应用和加诸于整体系统上的总设计约束，本领域技术人员将认识到如何最佳地实现关于处理系统所描述的功能性。
机器可读介质可以包括数个软件模块。这些软件模块包括当由装置（诸如处理器）执行时使处理系统执行各种功能的指令。这些软件模块可以包括传送模块和接收模块。每个软件模块可以驻留在单个存储设备中或者跨多个存储设备分布。作为示例，当触发事件发生时，可以从硬驱动器中将软件模块加载到RAM中。在软件模块执行期间，处理器可以将一些指令加载到高速缓存中以提高访问速度。可随后将一个或多个高速缓存行加载到通用寄存器文件中以供处理器执行。在以下述及软件模块的功能性时，将理解此类功能性是在处理器执行来自该软件模块的指令时由该处理器来实现的。
本文中所公开的方法包括用于达成所描述的方法的一个或多个步骤或动作。这些方法步骤和/或动作可以彼此互换而不会脱离权利要求的范围。换言之，除非指定了步骤或动作的特定次序，否则具体步骤和/或动作的次序和/或使用可以改动而不会脱离权利要求的范围。
以上所述的仅为本发明的示例性具体实施例。但本发明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发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
将理解，权利要求并不被限于以上所解说的精确配置和组件。可在以上所描述的方法和装置的布局、操作和细节上做出各种改动、更换和变形而不会脱离权利要求的范围。

Claims (19)

1.一种多级轴流压气机试验监测方法，其特征在于，针对所述多级轴流压气机的第n级：
获取所述多级轴流压气机的第n级的几何参数；
接收所述多级轴流压气机的试验测量数据，所述试验测量数据至少包括气流的压力和温度数据；
基于第n级的几何参数和试验测量数据确定第n级的气流速度参数；以及
基于第n级的几何参数、试验测量数据和气流速度参数来计算第n级的静压升系数比。
2.根据权利要求1所述的多级轴流压气机试验监测方法，其特征在于，计算第n级的静压升系数比包括：
利用第n级的试验测量数据和气流速度参数来计算第n级的静压升系数；
利用第n级的几何参数、试验测量数据和气流速度参数来计算第n级允许的最大静压升系数；以及
计算第n级的静压升系数与最大静压升系数的比值作为所述第n级的静压升系数比。
3. 根据权利要求2所述的多级轴流压气机试验监测方法，其特征在于，还包括：
利用第n级的试验测量数据和气流速度参数来计算第n级的转子的静压升系数和静子的静压升系数；以及
基于第n级的转子的静压升系数和静子的静压升系数来获得第n级的静压升系数。
4.根据权利要求3所述的多级轴流压气机试验监测方法，其特征在于，还包括：
利用第n-1级静子前缘总压、第n-1级静子前缘总温和相应损失系数来获得第n级的转子前缘总压和转子前缘总温；
至少部分地基于第n级的转子前缘总压、转子前缘总温和转子前缘壁面静压来获得第n级的转子前缘静温，并且至少部分地基于第n级的静子前缘总压、静子前缘总温和静子前缘壁面静压来获得第n级的静子前缘静温，其中第n级的转子的静压升系数和静子的静压升系数还基于第n级的转子前缘静温和静子前缘静温。
5.根据权利要求3所述的多级轴流压气机试验监测方法，其特征在于，其中：
第n级的静压升系数是利用第n级的转子进口气流相对速度与第n级的静子进口气流绝对速度对第n级的转子的静压升系数和静子的静压升系数进行加权平均来获得的。
6. 根据权利要求2所述的多级轴流压气机试验监测方法，其特征在于，还包括：
利用第n级的几何参数、试验测量数据和气流速度参数来计算第n级的转子的最大静压升系数和静子的最大静压升系数；以及
基于第n级的转子的最大静压升系数和静子的最大静压升系数来获得第n级的最大静压升系数。
7.根据权利要求6所述的多级轴流压气机试验监测方法，其特征在于，所述转子的最大静压升系数和所述静子的最大静压升系数各自借助于线性拟合，从而分别建立第n级的转子和静子各自的展弦比、稠度、进口气流轴向速度和转子的进出口周向速度与所述最大静压升系数之间的关系式。
8.根据权利要求7所述的多级轴流压气机试验监测方法，其特征在于，采用叶尖间隙修正系数、轴向间隙修正系数和雷诺数修正系数中的一者或多者对所述关系式进行修正。
9.根据权利要求6所述的多级轴流压气机试验监测方法，其特征在于，其中：
第n级的最大静压升系数是利用第n级的转子进口气流相对速度与第n级的静子进口气流绝对速度对第n级的转子的最大静压升系数和静子的最大静压升系数进行加权平均来获得的。
10.根据权利要求1所述的多级轴流压气机试验监测方法，其特征在于，还包括：
当第n级的静压升系数比达到或超过预警阈值时，触发失速预警。
11.一种多级轴流压气机试验监测装置，其特征在于，包括：
参数输入模块，用于接收所述多级轴流压气机的几何参数；
数据获取模块，用于获取所述多级轴流压气机在进行试验时的试验测量数据；
气流速度参数生成模块，用于基于所述几何参数和试验测量数据来生成每一级的相应气流速度参数；以及
计算模块，用于基于所述几何参数、试验测量数据和每一级的相应气流速度参数来计算所述多级轴流压气机的每一级的静压升系数比。
12.根据权利要求11所述的多级轴流压气机试验监测装置，其特征在于，还包括：
失速预警模块，其中当某一级的静压升系数比达到或超过预警阈值时，所述失速预警模块触发失速预警。
13.根据权利要求11所述的多级轴流压气机试验监测装置，其特征在于，所述计算模块还用于：
利用第n级的试验测量数据和气流速度参数来计算第n级的静压升系数；
利用第n级的几何参数、试验测量数据和气流速度参数来计算第n级允许的最大静压升系数；以及
计算第n级的静压升系数与最大静压升系数的比值作为所述第n级的静压升系数比。
14. 根据权利要求13所述的多级轴流压气机试验监测装置，其特征在于，所述计算模块还用于：
利用第n级的试验测量数据和气流速度参数来计算第n级的转子的静压升系数和静子的静压升系数；以及
基于第n级的转子的静压升系数和静子的静压升系数来获得第n级的静压升系数。
15.根据权利要求14所述的多级轴流压气机试验监测装置，其特征在于，所述计算模块还用于：
利用第n-1级静子前缘总压、第n-1级静子前缘总温和相应损失系数来获得第n级的转子前缘总压和转子前缘总温；
至少部分地基于第n级的转子前缘总压、转子前缘总温和转子前缘壁面静压来获得第n级的转子前缘静温，并且至少部分地基于第n级的静子前缘总压、静子前缘总温和静子前缘壁面静压来获得第n级的静子前缘静温，其中第n级的转子的静压升系数和静子的静压升系数还基于第n级的转子前缘静温和静子前缘静温。
16. 根据权利要求14所述的多级轴流压气机试验监测装置，其特征在于，所述计算模块还用于：
利用第n级的几何参数、试验测量数据和气流速度参数来计算第n级的转子的最大静压升系数和静子的最大静压升系数；以及
基于第n级的转子的最大静压升系数和静子的最大静压升系数来获得第n级的最大静压升系数。
17.根据权利要求16所述的多级轴流压气机试验监测装置，其特征在于，所述转子的最大静压升系数和所述静子的最大静压升系数各自借助于线性拟合，从而分别建立第n级的转子和静子各自的展弦比、稠度、进口气流轴向速度和转子的进出口周向速度与所述最大静压升系数之间的关系式。
18. 根据权利要求16所述的多级轴流压气机试验监测装置，其特征在于，所述计算模块还用于：
利用第n级的转子进口气流相对速度与第n级的静子进口气流绝对速度对第n级的转子的静压升系数和静子的静压升系数进行加权平均来获得第n级的静压升系数；以及
利用第n级的转子进口气流相对速度与第n级的静子进口气流绝对速度对第n级的转子的最大静压升系数和静子的最大静压升系数进行加权平均来获得第n级的最大静压升系数。
19.一种计算机设备，包括处理器和存储器，所述存储器包括计算机可执行指令，所述计算机可执行指令在被所述处理器执行时执行如权利要求1-12中任一项所述的方法。
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