CN113405805A - 一种考虑进气道附面层的航空发动机进口流量获取方法 - Google Patents

Abstract

本申请属于航空发动机试验技术领域，具体涉及一种考虑进气道附面层的航空发动机进口流量获取方法。包括：步骤S1、在进气道进口截面设置若干进气道总压测量点及静压测量点，以布置传感器获取进气道进口总压及进气道进口静压；步骤S2、获取所述进气道进口截面的面积、环境大气温度；步骤S3、确定发动机进口的物理流量；步骤S4、在发动机进口截面设置若干发动机总压测量点，以布置传感器获取发动机进口总压；步骤S5、确定发动机进口的换算流量。本申请考虑了进气道附面层对流量的堵塞，同时提高进气道静压和截面面积测量的准确性，获得更为准确的发动机进口流量，对实现整机性能和整机条件下部件性能更精准的评估具有重要的意义。

Description

一种考虑进气道附面层的航空发动机进口流量获取方法

技术领域

本申请属于航空发动机试验技术领域，特别涉及一种考虑进气道附面层的航空发动机进口流量获取方法。

背景技术

整机条件下航空发动机进口空气流量的准确测量与评估，是航空发动机整机性能评估的重要依据，直接影响整机及部件性能评估的精度。

目前整机条件下航空发动机进口空气流量的测量一般是在试车台架进气道上布置总温、总压和静压测点，总压测量不直接测量进气道附面层的压力，而是通过进气道的吹风试验获得的流量系数来考虑附面层对流量的堵塞。

现有技术方案通过流量系数考虑进气道附面层对于流量的堵塞，而流量系数的获得一般是通过进气道的吹风试验，对于没有进行过吹风试验的进气道则参考其它结构类似进气道的吹风试验结果获得，同时进气道吹风试验的条件与航空发动机整机试车时的条件存在差异(如试验环境、试验设备、测量方法和测试精度等)。

现有的整机条件下航空发动机进口流量的测量属于一种间接测量，测量结果本身存在一定的误差，因此整机条件下航空发动机进口流量的评估通常还要参考风扇(以双转子涡扇发动机为例)部件试验的结果，但部件试验和整机试验的条件也存在差异(如试验环境、试验设备、测量方法和测试精度等)；这些因素都影响整机条件下航空发动机进口流量的评估结果，进而影响整机及部件性能评估的精度。

发明内容

为了解决上述技术问题，本申请提供了一种考虑进气道附面层的航空发动机进口流量获取方法，包括：

步骤S1、在进气道进口截面设置若干进气道总压测量点及静压测量点，以布置传感器获取进气道进口总压及进气道进口静压，其中，所述进气道总压测量点在靠近进气道壁面处的分布密度大于其它位置处的分布密度；

步骤S2、获取所述进气道进口截面的面积、环境大气温度；

步骤S3、根据所述进气道进口总压、进气道进口静压、进气道进口截面的面积及环境大气温度确定发动机进口的物理流量；

步骤S4、在发动机进口截面设置若干发动机总压测量点，以布置传感器获取发动机进口总压，其中，所述发动机总压测量点在靠近发动机壁面处的分布密度大于其它位置处的分布密度，所述发动机设置在所述进气道的沿气流流动方向的后方；

步骤S5、根据所述发动机进口的物理流量、环境大气温度及发动机进口总压确定发动机进口的换算流量。

优选的是，步骤S1中，所述进气道总压测量点通过以下方式布置：

在进气道进口截面沿周向均匀布置若干支进气道总压测量耙，每个所述进气道总压测量耙的第一端固定在进气道壁面上，第二端向进气道轴线方向延伸，所述进气道总压测量耙上设置若干所述进气道总压测量点，所述进气道总压测量点在所述第一端相较于所述第二端以更密集的方式布置。

优选的是，步骤S1中，所述进气道进口总压包括：

其中，P_a为进气道进口总压，所述进气道总压测量耙共m支，每支n个进气道总压测量点，P_a-i-j为第i支上第j个进气道总压测量点的总压，S_a-j为各支进气道总压测量耙第j个进气道总压测量点所在环面的面积。

优选的是，步骤S1中，所述进气道静压测量点通过以下方式布置，在进气道进口截面的壁面设置有静压测量孔，所述静压测量孔的一端孔延伸至进气道内壁面，并与所述进气道内壁面齐平。

优选的是，还包括在进气道进口截面的前后分别选取一个校准截面，在所述校准截面上布置有校准静压测点，以校准所述静压测量点处的进气道进口静压。

优选的是，校准所述静压测量点处的进气道进口静压值包括：

获取位于进气道进口截面的前方校准截面的静压传感器获取的第一校准静压，获取位于进气道进口截面的后方校准截面的静压传感器获取的第二校准静压，以及当所述进气道进口静压位于所述第一校准静压与所述第二校准静压之间，则判定所获得的所述进气道进口静压准确，否则，从新通过试验获取各传感器采集的静压。

优选的是，步骤S2中，获取所述进气道进口截面的面积包括：

在所述进气道进口截面处，选取多个不同的周向位置，进行所述进气道进口截面的直径测量，获得多个直径；

根据多个直径确定所述进气道进口截面的面积，并通过修正系数进行修正。

优选的是，所述修正系数至少关联进气道材料的线性膨胀系数及环境大气温度。

优选的是，步骤S4中，所述发动机总压测量点通过以下方式布置：

在发动机进口截面沿周向均匀布置若干支发动机总压测量耙，每个所述发动机总压测量耙的第一端固定在发动机壁面上，第二端向发动机轴线方向延伸，所述发动机总压测量耙上设置若干所述发动机总压测量点，所述发动机总压测量点在所述第一端相较于所述第二端以更密集的方式布置。

优选的是，步骤S1中，所述发动机进口总压包括：

其中，P₂为发动机进口总压，所述发动机总压测量耙共l支，每支k个发动机总压测量点，P_2-i-j为第i支上第j个发动机总压测量点的总压，S_2-j为各支发动机总压测量耙第j个发动机总压测量点所在环面的面积。

本申请获取的航空发动机进口流量，是通过在整机条件下直接测量附面层的压力，考虑了进气道附面层对流量的堵塞，同时提高进气道静压和截面面积测量的准确性，获得更为准确的发动机进口流量，对实现整机性能和整机条件下部件性能更精准的评估具有重要的意义。

附图说明

图1是本申请考虑进气道附面层的航空发动机进口流量获取方法的一优选实施例的流程图。

图2是进气道进口截面与发动机进口截面的靠近壁面测点加密示意图。

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。

本申请要为了获取整机条件下考虑附面层的航空发动机进口物理流量，需要在进气道中布置总压和静压测点，总压测量采取靠近壁面测点加密的形式测量进气道中附面层内的压力，同时还需要测量环境大气温度和进气道截面面积；为获得考虑附面层的发动机进口的换算流量，还需要在发动机进口布置总压测点，同样采取靠近壁面测点加密的形式测量附面层内的压力，获得更为准确的截面平均压力值。

本申请考虑进气道附面层的航空发动机进口流量获取方法，主要包括：

步骤S1、在进气道进口截面设置若干进气道总压测量点及静压测量点，以布置传感器获取进气道进口总压及进气道进口静压，其中，所述进气道总压测量点在靠近进气道壁面处的分布密度大于其它位置处的分布密度；

步骤S2、获取所述进气道进口截面的面积、环境大气温度；

步骤S3、根据所述进气道进口总压、进气道进口静压、进气道进口截面的面积及环境大气温度确定发动机进口的物理流量；

步骤S4、在发动机进口截面设置若干发动机总压测量点，以布置传感器获取发动机进口总压，其中，所述发动机总压测量点在靠近发动机壁面处的分布密度大于其它位置处的分布密度，所述发动机设置在所述进气道的沿气流流动方向的后方；

步骤S5、根据所述发动机进口的物理流量、环境大气温度及发动机进口总压确定发动机进口的换算流量。

本领域技术人员应当理解，虽然本申请采用进气道进口截面进行描述，但实际上为了进行总压及静压测点的布置，所选取的截面应当是在进气道内并且靠近进气道进口处，从而能够使测点固定在进气道内壁或者固定在依托进气道内壁的安装装置上，以下描述中，以a截面作为进气道内用于计算物理流量的总、静压测量截面，以2截面作为发动机进口处用于测量发动机进口总压的截面。对应的，P_a为a截面总压，P_sa为a截面静压，P₂为2截面总压。

在步骤S2中，需要确定的参数包括：

T_amb为环境大气温度，A为a截面面积，k为气体绝热指数，R为气体常数。

在步骤S3中采用的公式包括：

在步骤S5中采用的公式包括：

其中，W_a为发动机进口物理流量，W_aR为发动机进口换算流量。

图1给出了本申请的考虑进气道附面层的航空发动机进口流量获取方法的一具体实施例的流程图，如图1所示，首先确定测量参数及要求，其次确定测量方案，之后评估测量方案可行性，随后开展试验，最后按本申请的技术方案进行数据处理。以下详细说明。

首先确定测量参数及要求，为获取整机条件下考虑进气道附面层的航空发动机进口流量，需测量环境大气温度，a截面总压、静压和面积，2截面总压，根据上述计算发动机进口的物理流量及发动机进口的换算流量的公式进行计算。

在一些可选实施方式中，P_a和P₂总压测量采取靠近壁面测点加密的方式，获得考虑附面层的更为准确的的截面平均压力；P_sa静压测量在a截面前或后布置若干静压测量截面作为参考截面，保证P_sa静压测量的准确性。具体的，步骤S1中，所述进气道总压测量点通过以下方式布置：

在进气道进口截面沿周向均匀布置若干支进气道总压测量耙，每个所述进气道总压测量耙的第一端固定在进气道壁面上，第二端向进气道轴线方向延伸，所述进气道总压测量耙上设置若干所述进气道总压测量点，所述进气道总压测量点在所述第一端相较于所述第二端以更密集的方式布置。

在之后的数据处理步骤中，所述进气道进口总压包括：

其中，P_a为进气道进口总压，所述进气道总压测量耙共m支，每支n个进气道总压测量点，P_a-i-j为第i支上第j个进气道总压测量点的总压，S_a-j为各支进气道总压测量耙第j个进气道总压测量点所在环面的面积。

对应的，在步骤S4中，所述发动机总压测量点通过以下方式布置：

在发动机进口截面沿周向均匀布置若干支发动机总压测量耙，每个所述发动机总压测量耙的第一端固定在发动机壁面上，第二端向发动机轴线方向延伸，所述发动机总压测量耙上设置若干所述发动机总压测量点，所述发动机总压测量点在所述第一端相较于所述第二端以更密集的方式布置。

在之后的数据处理步骤中，所述发动机进口总压包括：

其中，P₂为发动机进口总压，所述发动机总压测量耙共l支，每支k个发动机总压测量点，P_2-i-j为第i支上第j个发动机总压测量点的总压，S_2-j为各支发动机总压测量耙第j个发动机总压测量点所在环面的面积。

本实施例中，在a截面和2截面周向均布若干支总压测量耙，每个总压测量耙上的测点在靠近壁面的位置采取加密布置的方式，如图2所示，示意了在周向某个具体位置的测量耙上的测点加密示意图，可以看出，越靠近进气道或发动机壁面，测点越密集，从而获得考虑附面层的截面平均总压，提高发动机进口流量的评估精度。

除了需要保证总压测量精度之外，还需要保证静压测量的准确性，在一个可选实施方式中，采用静压参考截面来进行静压测量的校正。

具体的，在进气道进口截面的前后分别选取一个校准截面，在所述校准截面上布置有校准静压测点，以校准所述静压测量点处的进气道进口静压，校准所述静压测量点处的进气道进口静压值包括：

获取位于进气道进口截面的前方校准截面的静压传感器获取的第一校准静压，获取位于进气道进口截面的后方校准截面的静压传感器获取的第二校准静压，以及当所述进气道进口静压位于所述第一校准静压与所述第二校准静压之间，则判定所获得的所述进气道进口静压准确，否则，从新通过试验获取各传感器采集的静压。

可以理解的是，本实施例中，在与a截面周向同样角度的位置布置静压测点，根据多个截面的静压测量结果，校核a截面静压测量的准确性(a截面静压测量值应在其前、后参考截面静压测量值之间)。

在一些可选实施方式中，还需要对静压测点的布置方式进行优化，例如进气道静压测量点通过以下方式布置，在进气道进口截面的壁面设置有静压测量孔，所述静压测量孔的一端孔延伸至进气道内壁面，并与所述进气道内壁面齐平。可以理解的是，本实施例在a截面周向均布若干个静压测点，由于静压测量的结果对截面物理流量的计算影响较大，进气道壁面的静压孔必须保证为锐边，不能凸出流道表面或有凹陷。

在之后的数据处理步骤中，通过下述公式确定进气道进口静压。

其中，P_sa静压测量共p个测点，P_sa-i为第i个测点静压。

之后，按照以下步骤开展测量方案可行性评估：

1)基于发动机外部数字模型，开展测量方案与发动机外部管路/附件的干涉检查；

2)基于发动机外部数字模型与台架数字模型，开展测量方案与发动机台架的干涉检查；

3)开展测量方案对发动机及台架安全性影响评估。

评估完成后，发动机进口流量测量对于试车程序没有特殊的要求，按照以下步骤开展试验：

1)开展受感部检查试车，排除测试坏点，保证测量数据有效性；

2)进行参数录取，逐步提高发动机状态，录取不同状态的发动机进口温度和压力参数。

最后进行数据处理，总压、静压、发动机进口流量及换算流量如上所述，不再赘述，这里对步骤S2计算进气道进口截面的面积做进一下说明。

由于进气道截面实际上并不是严格的圆形，需要考虑椭圆度对a截面面积的修正，因此在确定a截面面积时，选取多个不同的周向位置，对a截面直径进行测量，并在测量a截面直径的同时测量环境大气温度，根据进气道材料的线性膨胀系数和发动机实际试车时的所处环境温度对发动机实际试车时的a截面面积进行修正。

在一些可选实施方式中，所述修正系数至少关联进气道材料的线性膨胀系数及环境大气温度。

具体的，确定a截面面积时，选取q个不同的周向位置，对a截面直径进行测量，r_i为第i个周向位置半径；测量a截面直径同时测量环境大气温度T基准，根据进气道材料的线性膨胀系数α，对发动机实际试车时的所处环境温度T_amb下的a截面面积进行修正，修正系数为K_T为α、T_基准和T_amb的函数。a截面面积计算公式如下：

K_T＝f(α,T_基准，T_amb)；

这里需要说明的是，T_基准和T_amb虽然都是所处环境温度，但T_基准是在进行测量时对应的环境温度，而T_amb是进行试验时对应的环境温度。

本申请获取的航空发动机进口流量，是通过在整机条件下直接测量附面层的压力，考虑了进气道附面层对流量的堵塞，同时提高进气道静压和截面面积测量的准确性，获得更为准确的发动机进口流量，对实现整机性能和整机条件下部件性能更精准的评估具有重要的意义。

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 (10)

1.一种考虑进气道附面层的航空发动机进口流量获取方法，其特征在于，包括：

步骤S1、在进气道进口截面设置若干进气道总压测量点及静压测量点，以布置传感器获取进气道进口总压及进气道进口静压，其中，所述进气道总压测量点在靠近进气道壁面处的分布密度大于其它位置处的分布密度；

步骤S2、获取所述进气道进口截面的面积、环境大气温度；

步骤S3、根据所述进气道进口总压、进气道进口静压、进气道进口截面的面积及环境大气温度确定发动机进口的物理流量；

步骤S4、在发动机进口截面设置若干发动机总压测量点，以布置传感器获取发动机进口总压，其中，所述发动机总压测量点在靠近发动机壁面处的分布密度大于其它位置处的分布密度，所述发动机设置在所述进气道的沿气流流动方向的后方；

步骤S5、根据所述发动机进口的物理流量、环境大气温度及发动机进口总压确定发动机进口的换算流量。

2.如权利要求1所述的考虑进气道附面层的航空发动机进口流量获取方法，其特征在于，步骤S1中，所述进气道总压测量点通过以下方式布置：

在进气道进口截面沿周向均匀布置若干支进气道总压测量耙，每个所述进气道总压测量耙的第一端固定在进气道壁面上，第二端向进气道轴线方向延伸，所述进气道总压测量耙上设置若干所述进气道总压测量点，所述进气道总压测量点在所述第一端相较于所述第二端以更密集的方式布置。

3.如权利要求2所述的考虑进气道附面层的航空发动机进口流量获取方法，其特征在于，步骤S1中，所述进气道进口总压包括：

其中，P_a为进气道进口总压，所述进气道总压测量耙共m支，每支n个进气道总压测量点，P_a-i-j为第i支上第j个进气道总压测量点的总压，S_a-j为各支进气道总压测量耙第j个进气道总压测量点所在环面的面积。

4.如权利要求1所述的考虑进气道附面层的航空发动机进口流量获取方法，其特征在于，步骤S1中，所述进气道静压测量点通过以下方式布置，在进气道进口截面的壁面设置有静压测量孔，所述静压测量孔的一端孔延伸至进气道内壁面，并与所述进气道内壁面齐平。

5.如权利要求1所述的考虑进气道附面层的航空发动机进口流量获取方法，其特征在于，还包括在进气道进口截面的前后分别选取一个校准截面，在所述校准截面上布置有校准静压测点，以校准所述静压测量点处的进气道进口静压。

6.如权利要求5所述的考虑进气道附面层的航空发动机进口流量获取方法，其特征在于，校准所述静压测量点处的进气道进口静压值包括：

获取位于进气道进口截面的前方校准截面的静压传感器获取的第一校准静压，获取位于进气道进口截面的后方校准截面的静压传感器获取的第二校准静压，以及当所述进气道进口静压位于所述第一校准静压与所述第二校准静压之间，则判定所获得的所述进气道进口静压准确，否则，从新通过试验获取各传感器采集的静压。

7.如权利要求1所述的考虑进气道附面层的航空发动机进口流量获取方法，其特征在于，步骤S2中，获取所述进气道进口截面的面积包括：

在所述进气道进口截面处，选取多个不同的周向位置，进行所述进气道进口截面的直径测量，获得多个直径；

根据多个直径确定所述进气道进口截面的面积，并通过修正系数进行修正。

8.如权利要求7所述的考虑进气道附面层的航空发动机进口流量获取方法，其特征在于，所述修正系数至少关联进气道材料的线性膨胀系数及环境大气温度。

9.如权利要求1所述的考虑进气道附面层的航空发动机进口流量获取方法，其特征在于，步骤S4中，所述发动机总压测量点通过以下方式布置：

在发动机进口截面沿周向均匀布置若干支发动机总压测量耙，每个所述发动机总压测量耙的第一端固定在发动机壁面上，第二端向发动机轴线方向延伸，所述发动机总压测量耙上设置若干所述发动机总压测量点，所述发动机总压测量点在所述第一端相较于所述第二端以更密集的方式布置。

10.如权利要求9所述的考虑进气道附面层的航空发动机进口流量获取方法，其特征在于，步骤S1中，所述发动机进口总压包括：

其中，P₂为发动机进口总压，所述发动机总压测量耙共l支，每支k个发动机总压测量点，P_2-i-j为第i支上第j个发动机总压测量点的总压，S_2-j为各支发动机总压测量耙第j个发动机总压测量点所在环面的面积。

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