CN114065661B - 一种发动机整机条件下涡轮后机匣损失评估方法及系统 - Google Patents

一种发动机整机条件下涡轮后机匣损失评估方法及系统 Download PDF

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Abstract

本申请属于航空发动机设计技术领域，具体涉及一种发动机整机条件下涡轮后机匣损失评估方法及系统。所述方法包括步骤S1、获取低压涡轮出口各总压测点的多个第一总压测量值，并求取其平均值；步骤S2、获取低压涡轮出口设计流场，并在所述设计流场中，确定截面内总压平均值，以及截面内与所述低压涡轮出口各总压测点相对应的各位置的总压平均值；步骤S3、确定低压涡轮出口总压平均值；步骤S4、根据所述低压涡轮出口总压平均值，以及通过测量确定的涡轮后机匣支板出口总压，确定发动机整机条件下涡轮后机匣损失。本申请获取的整机条件下涡轮后机匣损失是基于整机实际测量试验数据得到的，能够更精准的评估整机条件下的部件性能及流道损失。

Description

一种发动机整机条件下涡轮后机匣损失评估方法及系统
技术领域
本申请属于航空发动机设计技术领域，具体涉及一种发动机整机条件下涡轮后机匣损失评估方法及系统。
背景技术
随着对航空发动机整机性能研究的不断深入，双转子涡扇发动机整机条件下各部件性能、各流道损失的准确评估逐渐成为急需解决的问题，直接影响整机匹配及部件的性能评估。如双转子涡扇发动机整机条件下涡轮后机匣损失的获取，就直接影响发动机耗油率、外内涵混合截面压力等性能参数的评估。
目前整机条件下一般只可以测量双转子涡扇发动机涡轮后机匣支板出口总压，涡轮后机匣损失一般通过仿真计算和部件试验结果获得。
现有的技术方法是采用仿真计算和部件试验获得涡轮后机匣损失，但仿真计算和部件试验的边界条件，如涡轮后机匣进口温度和压力条件与整机环境存在较大差异，且目前整机条件下一般只可以测量双转子涡扇发动机涡轮后机匣支板出口总压(主流道压力，未考虑流场的周向分布)，无法实现测量涡轮后机匣支板进口总压，因此无法获得整机条件下较为准确的涡轮后机匣损失，影响整机条件下部件性能和流道损失的准确评估。
发明内容
为了解决上述问题，本申请提供了一种发动机整机条件下涡轮后机匣损失评估方法及系统，为整机条件下部件性能和流道损失更为准确的评估提供依据。
本申请第一方面提供了一种发动机整机条件下涡轮后机匣损失评估方法，主要包括：
步骤S1、获取低压涡轮出口各总压测点的多个第一总压测量值，并求取其平均值P5测量；
步骤S2、获取低压涡轮出口设计流场，并在所述设计流场中，确定截面内总压平均值
Figure BDA0003347354750000021
以及截面内与所述低压涡轮出口各总压测点相对应的各位置的总压平均值P5设计；
步骤S3、确定低压涡轮出口总压平均值：
Figure BDA0003347354750000022
步骤S4、根据所述低压涡轮出口总压平均值，以及通过测量确定的涡轮后机匣支板出口总压，确定发动机整机条件下涡轮后机匣损失。
优选的是，步骤S4中，通过测量确定涡轮后机匣支板出口总压包括：
步骤S41、获取不同支板通道不同径向高度总压测点给定的第二总压测量值；
步骤S42、对多个所述第二总压测量值进行算术平均，确定涡轮后机匣支板出口总压。
优选的是，步骤S41进一步包括对各所述第二总压测量值进行积分修正，所述积分修正包括：
Figure BDA0003347354750000023
其中，
Figure BDA0003347354750000024
为第i个支板通道第j个径向位置的测点的第二总压测量值积分修正值、n为总压测点个数、P6-i-j-k为第k个测点的所述第二总压测量、Li-j-k为第k个测点总压代表的弧长。
优选的是，涡轮后机匣支板出口采用弧形耙布置用于测量所述第二总压测量值的测点。
本申请第二方面提供了一种发动机整机条件下涡轮后机匣损失评估系统，主要包括：
低压涡轮出口总压测量值获取模块，用于获取低压涡轮出口各总压测点的多个第一总压测量值，并求取其平均值P5测量；
低压涡轮出口总压设计流程参数确定模块，用于获取低压涡轮出口设计流场，并在所述设计流场中，确定截面内总压平均值
Figure BDA0003347354750000025
以及截面内与所述低压涡轮出口各总压测点相对应的各位置的总压平均值P5设计；
低压涡轮出口总压修正模块，用于确定低压涡轮出口总压平均值：
Figure BDA0003347354750000026
涡轮后机匣损失确定模块，用于根据所述低压涡轮出口总压平均值，以及通过测量确定的涡轮后机匣支板出口总压，确定发动机整机条件下涡轮后机匣损失。
优选的是，所述涡轮后机匣损失确定模块包括涡轮后机匣支板出口总压确定单元，用于通过测量确定涡轮后机匣支板出口总压，所述涡轮后机匣支板出口总压确定单元包括：
第二总压测量值获取子单元，用于获取不同支板通道不同径向高度总压测点给定的第二总压测量值；
涡轮后机匣支板出口总压计算子单元，用于对多个所述第二总压测量值进行算术平均，确定涡轮后机匣支板出口总压。
优选的是，所述第二总压测量值获取子单元进一步包括积分修正子单元，用于对各所述第二总压测量值进行积分修正，所述积分修正包括：
Figure BDA0003347354750000031
其中，
Figure BDA0003347354750000032
为第i个支板通道第j个径向位置的测点的第二总压测量值积分修正值、n为总压测点个数、P6-i-j-k为第k个测点的所述第二总压测量、Li-j-k为第k个测点总压代表的弧长。
优选的是，涡轮后机匣支板出口采用弧形耙布置用于测量所述第二总压测量值的测点。
本申请获取的整机条件下涡轮后机匣损失是基于整机实际测量试验数据得到的，对实现整机条件下部件性能、流道损失等更精准的评估具有重要的意义。
附图说明
图1是本申请发动机整机条件下涡轮后机匣损失评估方法的一优选实施例的流程图。
图2是本申请发动机流道截面示意图。
图3是本申请涡轮后机匣支板出口总压测量方案示意简图。
图4是本申请涡轮后机匣支板通道某一径向高度的压力测量结果示意图。
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发动机整机条件下涡轮后机匣损失评估方法，如图1所示，主要包括：
步骤S1、获取低压涡轮出口各总压测点的多个第一总压测量值，并求取其平均值P5测量；
步骤S2、获取低压涡轮出口设计流场，并在所述设计流场中，确定截面内总压平均值
Figure BDA0003347354750000041
以及截面内与所述低压涡轮出口各总压测点相对应的各位置的总压平均值P5设计；
步骤S3、确定低压涡轮出口总压平均值：
Figure BDA0003347354750000042
步骤S4、根据所述低压涡轮出口总压平均值，以及通过测量确定的涡轮后机匣支板出口总压，确定发动机整机条件下涡轮后机匣损失。
图2给出了本申请发动机流道截面示意图，其中，P5为低压涡轮出口平均(涡轮后机匣支板进口)总压，P6为涡轮后机匣支板出口平均总压，ξ5-6为涡轮后机匣损失。
为了获取双转子涡扇发动机整机条件下的涡轮后机匣损失，需要测量低压涡轮出口(图2中截面5)和涡轮后机匣支板出口(图2中截面6)的总压。根据以下公式获得涡轮后机匣损失：
ξ5-6＝1-P6/P5 (1)
为了测量P6，参考图3，本申请在涡轮后机匣支板出口采用弧形耙，在整机条件下测量涡轮后机匣支板出口不同支板通道、不同径向高度的压力，图3仅示意了周向一个支板通道的总压测点分布，本领域技术人员可以理解，整个涡轮后机匣支板出口具有多个支板通道，基于此获得考虑了涡轮后机匣支板后尾迹的出口压力场分布，从而能够提高涡轮后机匣支板出口平均压力的评估精度。
根据试验结果获得的发动机某状态涡轮后机匣支板通道某一径向高度的压力测量结果示意图见图4。
在一个可选实施方式中，按照以下步骤对图3的压力数据进行处理：
对涡轮后机匣支板通道一个径向高度的压力进行弧长积分处理，计算公式如下：
Figure BDA0003347354750000051
Figure BDA0003347354750000052
n、P6-i-j-k、Li-j-k分别为第i个支板通道第j个径向位置的总压弧长积分值、总压测点数、第k个测点总压值、第k个测点总压代表的弧长；对不同支板通道不同径向高度弧长积分后的压力值进行算术平均，获得更准确的、考虑涡轮后机匣支板后尾迹的截面平均压力值P6。
为了测量P5，本申请在低压涡轮出口采用多支、多点的总压受感部获得低压涡轮出口压力，并根据计算的低压涡轮出口流场对测量结果进行修正。同时为实现整机条件下低压涡轮出口总压测量，通过将压力受感部支杆焊接于内涵壁面受感部安装座的形式，解决在薄壁机匣上改装安装座的困难及机匣外部空间干涉的问题。
按照低压涡轮出口设计流场，对多支多点的涡轮出口总压测量结果进行修正，获得能够代表截面平均压力的低压涡轮出口总压平均值，计算公式如下：
Figure BDA0003347354750000053
P5测量为低压涡轮出口各总压测点平均值，P5设计为低压涡轮出口设计流场各总压测点位置的总压平均值，
Figure BDA0003347354750000054
为低压涡轮出口设计流场截面总压平均值。
最后按照公式(1)获得整机条件下的涡轮后机匣损失。
本申请第二方面提供了一种与上述方法对应的发动机整机条件下涡轮后机匣损失评估系统，主要包括：
低压涡轮出口总压测量值获取模块，用于获取低压涡轮出口各总压测点的多个第一总压测量值，并求取其平均值P5测量；
低压涡轮出口总压设计流程参数确定模块，用于获取低压涡轮出口设计流场，并在所述设计流场中，确定截面内总压平均值
Figure BDA0003347354750000061
以及截面内与所述低压涡轮出口各总压测点相对应的各位置的总压平均值P5设计；
低压涡轮出口总压修正模块，用于确定低压涡轮出口总压平均值：
Figure BDA0003347354750000062
涡轮后机匣损失确定模块，用于根据所述低压涡轮出口总压平均值，以及通过测量确定的涡轮后机匣支板出口总压，确定发动机整机条件下涡轮后机匣损失。
在一些可选实施方式中，所述涡轮后机匣损失确定模块包括涡轮后机匣支板出口总压确定单元，用于通过测量确定涡轮后机匣支板出口总压，所述涡轮后机匣支板出口总压确定单元包括：
第二总压测量值获取子单元，用于获取不同支板通道不同径向高度总压测点给定的第二总压测量值；
涡轮后机匣支板出口总压计算子单元，用于对多个所述第二总压测量值进行算术平均，确定涡轮后机匣支板出口总压。
在一些可选实施方式中，所述第二总压测量值获取子单元进一步包括积分修正子单元，用于对各所述第二总压测量值进行积分修正，所述积分修正包括：
Figure BDA0003347354750000063
其中，
Figure BDA0003347354750000064
为第i个支板通道第j个径向位置的测点的第二总压测量值积分修正值、n为总压测点个数、P6-i-j-k为第k个测点的所述第二总压测量、Li-j-k为第k个测点总压代表的弧长。
在一些可选实施方式中，涡轮后机匣支板出口采用弧形耙布置用于测量所述第二总压测量值的测点。
本申请获取的整机条件下涡轮后机匣损失是基于整机实际测量试验数据得到的，对实现整机条件下部件性能、流道损失等更精准的评估具有重要的意义。
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本申请作了详尽的描述，但在本申请基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本申请精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本申请要求保护的范围。

Claims (4)

1.一种发动机整机条件下涡轮后机匣损失评估方法，其特征在于，包括：
步骤S1、获取低压涡轮出口各总压测点的多个第一总压测量值，并求取其平均值P5测量；
步骤S2、获取低压涡轮出口设计流场，并在所述设计流场中，确定截面内总压平均值
Figure FDA0003762849950000011
以及截面内与所述低压涡轮出口各总压测点相对应的各位置的总压平均值P5设计；
步骤S3、确定低压涡轮出口总压平均值：
Figure FDA0003762849950000012
步骤S4、根据所述低压涡轮出口总压平均值，以及通过测量确定的涡轮后机匣支板出口总压，确定发动机整机条件下涡轮后机匣损失；
其中，步骤S4中，通过测量确定涡轮后机匣支板出口总压包括：
步骤S41、获取不同支板通道不同径向高度总压测点给定的第二总压测量值；
步骤S42、对多个所述第二总压测量值进行算术平均，确定涡轮后机匣支板出口总压；
其中，步骤S41进一步包括对各所述第二总压测量值进行积分修正，所述积分修正包括：
Figure FDA0003762849950000013
其中，
Figure FDA0003762849950000014
为第i个支板通道第j个径向位置的测点的第二总压测量值积分修正值、n为总压测点个数、P6-i-j-k为第k个测点的所述第二总压测量、Li-j-k为第k个测点总压代表的弧长。
2.如权利要求1所述的发动机整机条件下涡轮后机匣损失评估方法，其特征在于，涡轮后机匣支板出口采用弧形耙布置用于测量所述第二总压测量值的测点。
3.一种发动机整机条件下涡轮后机匣损失评估系统，其特征在于，包括：
低压涡轮出口总压测量值获取模块，用于获取低压涡轮出口各总压测点的多个第一总压测量值，并求取其平均值P5测量；
低压涡轮出口总压设计流程参数确定模块，用于获取低压涡轮出口设计流场，并在所述设计流场中，确定截面内总压平均值
Figure FDA0003762849950000021
以及截面内与所述低压涡轮出口各总压测点相对应的各位置的总压平均值P5设计；
低压涡轮出口总压修正模块，用于确定低压涡轮出口总压平均值：
Figure FDA0003762849950000022
涡轮后机匣损失确定模块，用于根据所述低压涡轮出口总压平均值，以及通过测量确定的涡轮后机匣支板出口总压，确定发动机整机条件下涡轮后机匣损失；
其中，所述涡轮后机匣损失确定模块包括涡轮后机匣支板出口总压确定单元，用于通过测量确定涡轮后机匣支板出口总压，所述涡轮后机匣支板出口总压确定单元包括：
第二总压测量值获取子单元，用于获取不同支板通道不同径向高度总压测点给定的第二总压测量值；
涡轮后机匣支板出口总压计算子单元，用于对多个所述第二总压测量值进行算术平均，确定涡轮后机匣支板出口总压；
其中，所述第二总压测量值获取子单元进一步包括积分修正子单元，用于对各所述第二总压测量值进行积分修正，所述积分修正包括：
Figure FDA0003762849950000023
其中，
Figure FDA0003762849950000024
为第i个支板通道第j个径向位置的测点的第二总压测量值积分修正值、n为总压测点个数、P6-i-j-k为第k个测点的所述第二总压测量、Li-j-k为第k个测点总压代表的弧长。
4.如权利要求3所述的发动机整机条件下涡轮后机匣损失评估系统，其特征在于，涡轮后机匣支板出口采用弧形耙布置用于测量所述第二总压测量值的测点。
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