CN113536192A - 一种基于加力燃烧室油气比计算加力总燃油流量的方法 - Google Patents

一种基于加力燃烧室油气比计算加力总燃油流量的方法 Download PDF

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Abstract

本申请属于航空发动机领域，特别涉及一种基于加力燃烧室油气比计算加力总燃油流量的方法。包括：步骤一、获取低压压气机或风扇进口物理流量、风扇出口压力、中介机匣内涵进口总温以及中介机匣内涵进口换算流量；步骤二、计算出加力内涵总燃油流量；步骤三、计算出加力外涵总燃油流量；步骤四、根据加力内涵总燃油流量以及加力外涵总燃油流量计算出加力燃烧室总燃油流量。本申请的基于加力燃烧室油气比计算加力总燃油流量的方法，能够根据燃油燃烧的特征参数油气比计算出加力总燃油流量，解决了现有技术控制规律存在的对整机匹配敏感、非标准天适用性差问题，提高了发动机加力推力性能表现、发动机工作安全性。

Description

一种基于加力燃烧室油气比计算加力总燃油流量的方法
技术领域
本申请属于航空发动机领域，特别涉及一种基于加力燃烧室油气比计算加力总燃油流量的方法。
背景技术
随着航空科学技术发展，为满足军用飞行器在起飞、爬升或超声速飞行的需要，诞生带加力燃烧室的燃气涡轮发动机。它向加力燃烧室供应燃油，与涡轮出口燃气中含有的氧气再一次进行混合燃烧，进一步提高燃气温度，从而增大喷管排气速度，进而提高发动机的推力。
目前，发动机加力燃油流量规律一般设计过程如下：根据标准条件下的不加力最大状态高度速度特性计算结果，基于全包线内加力燃烧室等余气系数原则，保证全加力推力满足要求，获得全加力状态加力总燃油流量。由于在装机条件下不能获得发动机进口空气流量，为满足控制需要，一般采用类油气比Wfab/Pt3～Tt2控制规律形式。发动机加力燃油流量按照Wfab/Pt3形式给出，对应着需求的加力燃烧室油气比。发动机实际工作时，根据压气机出口压力Pt3测量值计算得到加力总燃油流量。该方案存在如下问题：1)对整机匹配状态较为敏感：当整机匹配偏离设计状态后，相同Pt3条件下对应的进口空气流量发生变化，加力燃烧室油气比偏离需求值，影响发动机加力推力实现；2)非标准条件下适用性较差：在包线左边界，热天加力燃油流量减少导致推力降低，冷天加力燃油流量增大导致推力增大，尤其在高空小表速区域，加力燃油燃烧效率降低，贫油会导致加力燃烧不稳定，富油可能会导致加力熄火甚至喘振问题发生；而在包线右边界区域，热天加力出口温度偏高而可能导致加力烧蚀，冷天加力出口温度偏低导致加力推力降低，尤其在低空大表速区域，压气机出口压力Pt3受限，发动机在冷天工作时，全加力推力大幅度降低，影响飞机在该区域的使用。
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缺陷。
发明内容
本申请的目的是提供了一种基于加力燃烧室油气比计算加力总燃油流量的方法，以解决现有技术存在的至少一个问题。
本申请的技术方案是：
一种基于加力燃烧室油气比计算加力总燃油流量的方法，包括：
步骤一、获取低压压气机或风扇进口物理流量WA2、风扇出口压力Pt21、中介机匣内涵进口总温Tt21以及中介机匣内涵进口换算流量WA23R；
步骤二、根据风扇出口压力Pt21、中介机匣内涵进口总温Tt21以及中介机匣内涵进口换算流量WA23R计算出中介机匣内涵进口空气流量WA23，公式为：
WA23＝WA23R*(288.15/Tt21)*101.325/Pt21
根据中介机匣内涵进口空气流量WA23以及整机空气系统流路流量试验值计算得到加力内涵空气流量WA6；
根据加力内涵空气流量WA6以及给定的加力内涵总油气比FARNH计算出加力内涵总燃油流量WfabNH，公式为：
WfabNH＝WA6*(FARNH-FARB)
式中，FARB为发动机主燃油流量WfB与加力内涵空气流量WA6的比值，FARB＝WfB/WA6；
步骤三、根据低压压气机或风扇进口物理流量WA2以及中介机匣内涵进口空气流量WA23计算出中介机匣外涵空气流量WA13，中介机匣外涵空气流量WA13为低压压气机或风扇进口物理流量与中介机匣内涵进口空气流量的差值，即WA13＝WA2-WA23；
根据中介机匣外涵空气流量WA13以及整机空气系统流路流量试验值计算得到加力外涵空气流量WA16；
根据加力外涵空气流量WA16以及给定的加力外涵总油气比FARWH计算出加力外涵总燃油流量WfabWH，公式为：
WfabWH＝WA16*FARWH；
步骤四、根据加力内涵总燃油流量WfabNH以及加力外涵总燃油流量WfabWH计算出加力燃烧室总燃油流量Wfab，加力燃烧室总燃油流量为加力内涵总燃油流量和加力外涵总燃油流量之和，即Wfab＝WfabNH+WfabWH。
在本申请的至少一个实施例中，步骤一中，获取低压压气机或风扇进口物理流量WA2包括：
获取低压压气机或风扇相对换算转速
Figure BDA0003129698240000031
与低压压气机或风扇进口换算流量WA2R的第一对应关系；
根据实际状态的低压压气机或风扇相对换算转速
Figure BDA0003129698240000032
以及第一对应关系，插值得到低压压气机或风扇进口换算流量WA2R；
根据低压压气机或风扇进口换算流量WA2R计算出低压压气机或风扇进口物理流量WA2，公式为：
WA2＝WA2R*(288.15/Tt2)*101.325/Pt2
式中，Tt2为低压压气机或风扇进口总温，Pt2为低压压气机或风扇进口总压。
在本申请的至少一个实施例中，步骤一中，获取风扇出口压力Pt21包括：
获取低压压气机或风扇相对换算转速
Figure BDA0003129698240000033
风扇外涵压比Pt13/Pt2以及风扇压比Pt21/Pt2的第二对应关系；
根据实际状态的低压压气机或风扇相对换算转速
Figure BDA0003129698240000034
风扇外涵压比Pt13/Pt2以及第二对应关系，线性插值得到风扇压比Pt21/Pt2；
根据风扇压比Pt21/Pt2以及低压压气机或风扇进口总压Pt2计算出风扇出口压力Pt21。
在本申请的至少一个实施例中，所述第二对应关系为发动机全包线范围内的对应关系，包括上边界、参考边界以及下边界对应关系。
在本申请的至少一个实施例中，步骤一中，获取中介机匣内涵进口总温Tt21包括：
获取低压压气机或风扇的相对换算转速
Figure BDA0003129698240000035
风扇压比Pt21/Pt2以及风扇温比Tt21JC/Tt2的第三对应关系；
根据实际状态的低压压气机或风扇相对换算转速
Figure BDA0003129698240000036
风扇压比Pt21/Pt2以及第三对应关系，线性插值得到风扇温比Tt21/Tt2；
根据风扇温比Tt21/Tt2以及低压压气机或风扇进口总温Tt2计算出风扇出口总温基础值Tt21JC；
根据转子间隙、雷诺数的影响，对风扇出口总温基础值Tt21JC进行修正，得到中介机匣内涵进口总温Tt21，修正公式为：
Tt21＝Tt21JC+A转子间隙+B雷诺数
式中，A转子间隙为转子间隙影响温度修正值，B雷诺数为雷诺数影响温度修正值。
在本申请的至少一个实施例中，所述第三对应关系为发动机全包线范围内的对应关系，包括上边界、参考边界以及下边界对应关系。
在本申请的至少一个实施例中，步骤一中，获取中介机匣内涵进口换算流量WA23R包括：
获取高压压气机换算转速
Figure BDA0003129698240000041
高压压缩部件压比Pt3/Pt21以及中介机匣内涵换算流量WA23R的第四对应关系；
根据实际状态的高压压气机换算转速
Figure BDA0003129698240000042
高压压缩部件压比Pt3/Pt21以及第四对应关系，线性插值得到中介机匣内涵进口换算流量WA23R。
在本申请的至少一个实施例中，所述第四对应关系为发动机全包线范围内的对应关系，包括上边界、参考边界以及下边界对应关系。
发明至少存在以下有益技术效果：
本申请的基于加力燃烧室油气比计算加力总燃油流量的方法，能够根据燃油燃烧的特征参数油气比计算出加力总燃油流量，解决了现有技术控制规律存在的对整机匹配敏感、非标准天适用性差问题，提高了发动机加力推力性能表现，提升发动机工作安全性。
附图说明
图1是本申请一个实施方式的基于加力燃烧室油气比计算加力总燃油流量的方法流程图。
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例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，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，旨在用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。下面结合附图对本申请的实施例进行详细说明。
在本申请的描述中，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申请和简化描述，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申请保护范围的限制。
下面结合附图1对本申请做进一步详细说明。
本申请提供了一种基于加力燃烧室油气比计算加力总燃油流量的方法，包括以下步骤：
S100、获取低压压气机或风扇进口物理流量WA2、风扇出口压力Pt21、中介机匣内涵进口总温Tt21以及中介机匣内涵进口换算流量WA23R；
S200、根据风扇出口压力Pt21、中介机匣内涵进口总温Tt21以及中介机匣内涵进口换算流量WA23R计算出中介机匣内涵进口空气流量WA23，公式为：
WA23＝WA23R*(288.15/Tt21)*101.325/Pt21
根据中介机匣内涵进口空气流量WA23以及整机空气系统流路流量试验值计算得到加力内涵空气流量WA6；
根据加力内涵空气流量WA6以及给定的加力内涵总油气比FARNH计算出加力内涵总燃油流量WfabNH，公式为：
WfabNH＝WA6*(FARNH-FARB)
式中，FARB为发动机主燃油流量WfB与加力内涵空气流量WA6的比值，FARB＝WfB/WA6；
S300、根据低压压气机或风扇进口物理流量WA2以及中介机匣内涵进口空气流量WA23计算出中介机匣外涵空气流量WA13，中介机匣外涵空气流量WA13为低压压气机或风扇进口物理流量与中介机匣内涵进口空气流量的差值，即WA13＝WA2-WA23；
根据中介机匣外涵空气流量WA13以及整机空气系统流路流量试验值计算得到加力外涵空气流量WA16；
根据加力外涵空气流量WA16以及给定的加力外涵总油气比FARWH计算出加力外涵总燃油流量WfabWH，公式为：
WfabWH＝WA16*FARWH；
S400、根据加力内涵总燃油流量WfabNH以及加力外涵总燃油流量WfabWH计算出加力燃烧室总燃油流量Wfab，加力燃烧室总燃油流量为加力内涵总燃油流量和加力外涵总燃油流量之和，即Wfab＝WfabNH+WfabWH。
在本申请的优选实施方案中，获取低压压气机或风扇进口物理流量WA2包括：
获取低压压气机或风扇相对换算转速
Figure BDA0003129698240000061
与低压压气机或风扇进口换算流量WA2R的第一对应关系；
根据实际状态的低压压气机或风扇相对换算转速
Figure BDA0003129698240000062
以及第一对应关系，插值得到低压压气机或风扇进口换算流量WA2R；
根据低压压气机或风扇进口换算流量WA2R计算出低压压气机或风扇进口物理流量WA2，公式为：
WA2＝WA2R*(288.15/Tt2)*101.325/Pt2
式中，Tt2为低压压气机或风扇进口总温，Pt2为低压压气机或风扇进口总压。
在本申请的优选实施方案中，获取风扇出口压力Pt21包括：
获取低压压气机或风扇相对换算转速
Figure BDA0003129698240000063
风扇外涵压比Pt13/Pt2以及风扇压比Pt21/Pt2的第二对应关系；
根据实际状态的低压压气机或风扇相对换算转速
Figure BDA0003129698240000064
风扇外涵压比Pt13/Pt2以及第二对应关系，线性插值得到风扇压比Pt21/Pt2；
根据风扇压比Pt21/Pt2以及低压压气机或风扇进口总压Pt2计算出风扇出口压力Pt21。
在本申请的优选实施方案中，获取中介机匣内涵进口总温Tt21包括：
获取低压压气机或风扇的相对换算转速
Figure BDA0003129698240000065
风扇压比Pt21/Pt2以及风扇温比Tt21JC/Tt2的第三对应关系；
根据实际状态的低压压气机或风扇相对换算转速
Figure BDA0003129698240000066
风扇压比Pt21/Pt2以及第三对应关系，线性插值得到风扇温比Tt21/Tt2；
根据风扇温比Tt21/Tt2以及低压压气机或风扇进口总温Tt2计算出风扇出口总温基础值Tt21JC；
根据转子间隙、雷诺数的影响，对风扇出口总温基础值Tt21JC进行修正，得到中介机匣内涵进口总温Tt21，修正公式为：
Tt21＝Tt21JC+A转子间隙+B雷诺数
式中，A转子间隙为转子间隙影响温度修正值，B雷诺数为雷诺数影响温度修正值。
在本申请的优选实施方案中，获取中介机匣内涵进口换算流量WA23R包括：
获取高压压气机换算转速
Figure BDA0003129698240000071
高压压缩部件压比Pt3/Pt21以及中介机匣内涵换算流量WA23R的第四对应关系；
根据实际状态的高压压气机换算转速
Figure BDA0003129698240000072
高压压缩部件压比Pt3/Pt21以及第四对应关系，线性插值得到中介机匣内涵进口换算流量WA23R。
本申请的基于加力燃烧室油气比计算加力总燃油流量的方法，低压压气机或风扇相对换算转速
Figure BDA0003129698240000073
与低压压气机或风扇进口换算流量WA2R的第一对应关系，低压压气机或风扇相对换算转速
Figure BDA0003129698240000074
风扇外涵压比Pt13/Pt2以及风扇压比Pt21/Pt2的第二对应关系，低压压气机或风扇的相对换算转速
Figure BDA0003129698240000075
风扇压比Pt21/Pt2以及风扇温比Tt21JC/Tt2的第三对应关系，以及高压压气机换算转速
Figure BDA0003129698240000076
高压压缩部件压比Pt3/Pt21以及中介机匣内涵换算流量WA23R的第四对应关系，均可通过理论计算或试验方法获得。考虑发动机全包线使用，上述第二对应关系、第三对应关系以及第四对应关系均为发动机全包线范围内的对应关系，包括上边界、参考边界以及下边界对应关系，包含全部工作点。
本申请的基于加力燃烧室油气比计算加力总燃油流量的方法，基于加力燃烧室油气比计算得到加力总燃油流量，后续可用于燃气涡轮发动机加力推力控制。另外，还可以根据地面台和高空台试验累积，结合实际情况对各个对应关系的参数进行修正和完善。
本申请的基于加力燃烧室油气比计算加力总燃油流量的方法，能够有效解决现有规律存在的对整机匹配敏感、非标准天适用性差问题，可以有效提升发动机加力推力性能表现、工作安全性等。
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 (8)

1.一种基于加力燃烧室油气比计算加力总燃油流量的方法，其特征在于，包括：
步骤一、获取低压压气机或风扇进口物理流量WA2、风扇出口压力Pt21、中介机匣内涵进口总温Tt21以及中介机匣内涵进口换算流量WA23R；
步骤二、根据风扇出口压力Pt21、中介机匣内涵进口总温Tt21以及中介机匣内涵进口换算流量WA23R计算出中介机匣内涵进口空气流量WA23，公式为：
WA23＝WA23R*(288.15/Tt21)*101.325/Pt21
根据中介机匣内涵进口空气流量WA23以及整机空气系统流路流量试验值计算得到加力内涵空气流量WA6；
根据加力内涵空气流量WA6以及给定的加力内涵总油气比FARNH计算出加力内涵总燃油流量WfabNH，公式为：
WfabNH＝WA6*(FARNH-FARB)
式中，FARB为发动机主燃油流量WfB与加力内涵空气流量WA6的比值，FARB＝WfB/WA6；
步骤三、根据低压压气机或风扇进口物理流量WA2以及中介机匣内涵进口空气流量WA23计算出中介机匣外涵空气流量WA13，中介机匣外涵空气流量WA13为低压压气机或风扇进口物理流量与中介机匣内涵进口空气流量的差值，即WA13＝WA2-WA23；
根据中介机匣外涵空气流量WA13以及整机空气系统流路流量试验值计算得到加力外涵空气流量WA16；
根据加力外涵空气流量WA16以及给定的加力外涵总油气比FARWH计算出加力外涵总燃油流量WfabWH，公式为：
WfabWH＝WA16*FARWH；
步骤四、根据加力内涵总燃油流量WfabNH以及加力外涵总燃油流量WfabWH计算出加力燃烧室总燃油流量Wfab，加力燃烧室总燃油流量为加力内涵总燃油流量和加力外涵总燃油流量之和，即Wfab＝WfabNH+WfabWH。
2.根据权利要求1所述的基于加力燃烧室油气比计算加力总燃油流量的方法，其特征在于，步骤一中，获取低压压气机或风扇进口物理流量WA2包括：
获取低压压气机或风扇相对换算转速
Figure FDA0003129698230000021
与低压压气机或风扇进口换算流量WA2R的第一对应关系；
根据实际状态的低压压气机或风扇相对换算转速
Figure FDA0003129698230000022
以及第一对应关系，插值得到低压压气机或风扇进口换算流量WA2R；
根据低压压气机或风扇进口换算流量WA2R计算出低压压气机或风扇进口物理流量WA2，公式为：
WA2＝WA2R*(288.15/Tt2)*101.325/Pt2
式中，Tt2为低压压气机或风扇进口总温，Pt2为低压压气机或风扇进口总压。
3.根据权利要求2所述的基于加力燃烧室油气比计算加力总燃油流量的方法，其特征在于，步骤一中，获取风扇出口压力Pt21包括：
获取低压压气机或风扇相对换算转速
Figure FDA0003129698230000023
风扇外涵压比Pt13/Pt2以及风扇压比Pt21/Pt2的第二对应关系；
根据实际状态的低压压气机或风扇相对换算转速
Figure FDA0003129698230000024
风扇外涵压比Pt13/Pt2以及第二对应关系，线性插值得到风扇压比Pt21/Pt2；
根据风扇压比Pt21/Pt2以及低压压气机或风扇进口总压Pt2计算出风扇出口压力Pt21。
4.根据权利要求3所述的基于加力燃烧室油气比计算加力总燃油流量的方法，其特征在于，所述第二对应关系为发动机全包线范围内的对应关系，包括上边界、参考边界以及下边界对应关系。
5.根据权利要求3所述的基于加力燃烧室油气比计算加力总燃油流量的方法，其特征在于，步骤一中，获取中介机匣内涵进口总温Tt21包括：
获取低压压气机或风扇的相对换算转速
Figure FDA0003129698230000025
风扇压比Pt21/Pt2以及风扇温比Tt21JC/Tt2的第三对应关系；
根据实际状态的低压压气机或风扇相对换算转速
Figure FDA0003129698230000026
风扇压比Pt21/Pt2以及第三对应关系，线性插值得到风扇温比Tt21/Tt2；
根据风扇温比Tt21/Tt2以及低压压气机或风扇进口总温Tt2计算出风扇出口总温基础值Tt21JC；
根据转子间隙、雷诺数的影响，对风扇出口总温基础值Tt21JC进行修正，得到中介机匣内涵进口总温Tt21，修正公式为：
Tt21＝Tt21JC+A转子间隙+B雷诺数
式中，A转子间隙为转子间隙影响温度修正值，B雷诺数为雷诺数影响温度修正值。
6.根据权利要求5所述的基于加力燃烧室油气比计算加力总燃油流量的方法，其特征在于，所述第三对应关系为发动机全包线范围内的对应关系，包括上边界、参考边界以及下边界对应关系。
7.根据权利要求5所述的基于加力燃烧室油气比计算加力总燃油流量的方法，其特征在于，步骤一中，获取中介机匣内涵进口换算流量WA23R包括：
获取高压压气机换算转速
Figure FDA0003129698230000031
高压压缩部件压比Pt3/Pt21以及中介机匣内涵换算流量WA23R的第四对应关系；
根据实际状态的高压压气机换算转速
Figure FDA0003129698230000032
高压压缩部件压比Pt3/Pt21以及第四对应关系，线性插值得到中介机匣内涵进口换算流量WA23R。
8.根据权利要求7所述的基于加力燃烧室油气比计算加力总燃油流量的方法，其特征在于，所述第四对应关系为发动机全包线范围内的对应关系，包括上边界、参考边界以及下边界对应关系。
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