CN114139345A - 一种基于试验数据相关性的涡轴发动机输出轴功率预测方法 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种基于试验数据相关性的涡轴发动机输出轴功率预测方法，属于航空涡轴发动机技术领域，所述方法包括：步骤1：对涡轴发动机已知试验数据分析和处理；步骤2：对步骤1得到的数据进行等飞行高度不同飞行马赫数模式的输出轴功率计算；步骤3：对步骤1得到的数据进行等飞行马赫数不同飞行高度模式的输出轴功率计算；步骤4：预测全包线内任意试验点的输出轴功率。通过本申请的处理方案，可以高效、便捷的对全飞行包线内任意涡轴发动机的输出轴功率进行预测；提升试验采集数据有效性辨识率，提高试验高空性能评估精度，在工程应用中解决涡轴发动机相关工程问题。

Description

一种基于试验数据相关性的涡轴发动机输出轴功率预测方法

技术领域

本申请涉及航空涡轴发动机技术领域，尤其涉及一种基于试验数据相关性的涡轴发动机输出轴功率预测方法。

背景技术

对涡轴发动机性能预测通常采用建立涡轴发动机数学模型，通过数学模型计算来预测发动机在不同飞行状态下使用性能。

一般情况下构建涡轴发动机数学模型要依赖于大量的部件试验特性作为支撑。在此基础上，对部件特性按流量、压比等参数进行比例调整。然后根据整机条件下的流量连续方程、能量守恒方程、功率平衡方程、转速匹配等准则，在压气机、涡轮、燃烧室等部件特性中试给参数并迭代直至以上准则同时达成，得到模型预测值。将以上过程重复进行，直至所得到的数学模型预测值与试验值偏差满足一定精度。该方法依赖于数量庞大的部件试验特性才能建立，且所建立的模型难度大、周期长、精度低。

不依赖部件试验特性、快速、精度高的预测方法，是目前涡轴发动机轴功率预测的重点。

发明内容

有鉴于此，本申请实施例提供一种基于试验数据相关性的涡轴发动机输出轴功率预测方法，在没有涡轴发动机具体部件特性的情况下，已知有限的不同高度、不同马赫数试验点性能，提供一种基于试验数据相关性的涡轴发动机输出轴功率方法，能够在短时间内进行发动机全包线内性能预测，并且简单、便捷、精度高。本发明在对发动机数据有限性判别、发动机性能评估等方面有重要意义，解决涡轴发动机相关工程问题。

本申请实施例提供一种基于试验数据相关性的涡轴发动机输出轴功率预测方法，所述方法包括：

步骤1：对涡轴发动机已知试验数据分析和处理；

步骤2：对步骤1得到的数据进行等飞行高度不同飞行马赫数模式的输出轴功率计算；

步骤3：对步骤1得到的数据进行等飞行马赫数不同飞行高度模式的输出轴功率计算。

步骤4：预测全包线内任意试验点的输出轴功率。

根据本申请实施例的一种具体实现方式，在所述步骤2中，在涡轴发动机燃气涡轮换算转速相等时，等飞行高度不同飞行马赫数模式的输出轴功率计算公式为：

P_wr，B/P_wr，A＝(K_B/K_A)^{(1+a*(M_nB-M_nA)^n)*[(γ+1)/(2*(γ-1))]+1}，

其中，K＝1+(γ-1)/2*M_n^2，A和B为已知试验数据中的两个试验点，P_wr为发动机输出功率，M_n为飞行马赫数，γ为空气的比热比，a为影响系数，n为影响指数。

根据本申请实施例的一种具体实现方式，在步骤3中，在涡轴发动机燃气涡轮换算转速相等时，等飞行马赫数不同飞行高度模式的输出轴功率计算公式为：

P_wr,corr,X＝P_wr,X/(sqrt(θ₂)*δ₂)_X，

P_wr,corr,Y＝P_wr,Y/(sqrt(θ₂)*δ₂)_Y，

(P_wr,corr,Y/P_wr,corr,X)＝(R_eY/R_eX)^w，

δ₂＝P₀₂/101.325，

θ₂＝T₀₂/288.15，

其中，P_wr,corr为换算功率，P_wr为发动机输出功率，R_e为雷诺数，δ为压力相似参数，θ为温度相似参数，P₀为总压，T₀为总温，w为指数。

根据本申请实施例的一种具体实现方式，在步骤4中，对于轴向进气涡轴发动机，由于发动机对来流敏感，重复步骤2和步骤3，预测全包线内任意试验点的输出轴功率。

根据本申请实施例的一种具体实现方式，在步骤4中，对于径向进气涡轴发动机，由于发动机不感受进气冲压，重复步骤3，预测全包线内任意试验点输出轴功率。

根据本申请实施例的一种具体实现方式，在步骤1中已知试验数据的处理包括：利用涡轴发动机不同节流状态下相同参数的连续性检查，排查数据中的坏点。

根据本申请实施例的一种具体实现方式，在步骤1中已知试验数据的处理还包括：换算输出轴功率至国际标准大气海平面状态数据。

有益效果

本发明公开的涡轴发动机输出轴功率预测方法，通过已知有限的不同高度、不同马赫数飞行状态试验点主要性能数据，进行等飞行高度不同飞行马赫数模式计算，可以预测出等飞行高度不同马赫数试验点性能；进行等飞行马赫数不同飞行高度模式计算，可以预测出等飞行马赫数不同飞行高度试验点性能；最后重复两种上述模式，可以预测全包线内任意试验点输出轴功率。

本发明公开的涡轴发动机输出轴功率预测方法，利用不同试验点试验数据之间的相关性，可以高效、便捷的对全飞行包线内任意涡轴发动机的输出轴功率进行预测；提升试验采集数据有效性辨识率，提高试验高空性能评估精度，在工程应用中解决涡轴发动机相关工程问题。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为根据本发明一实施例的基于试验数据相关性的涡轴发动机输出轴功率预测方法的流程图；

图2为根据本发明一实施例的基于试验数据相关性的涡轴发动机输出轴功率预测方法的试验数据点。

具体实施方式

下面结合附图对本申请实施例进行详细描述。

以下通过特定的具体实例说明本申请的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本申请的其他优点与功效。显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。本申请还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本申请的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。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。

要说明的是，下文描述在所附权利要求书的范围内的实施例的各种方面。应显而易见，本文中所描述的方面可体现于广泛多种形式中，且本文中所描述的任何特定结构及/或功能仅为说明性的。基于本申请，所属领域的技术人员应了解，本文中所描述的一个方面可与任何其它方面独立地实施，且可以各种方式组合这些方面中的两者或两者以上。举例来说，可使用本文中所阐述的任何数目个方面来实施设备及/或实践方法。另外，可使用除了本文中所阐述的方面中的一或多者之外的其它结构及/或功能性实施此设备及/或实践此方法。

还需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本申请的基本构想，图式中仅显示与本申请中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

另外，在以下描述中，提供具体细节是为了便于透彻理解实例。然而，所属领域的技术人员将理解，可在没有这些特定细节的情况下实践所述方面。

本申请实施例提供了一种涡轴发动机输出轴功率预测方法，所述方法包括：

步骤1：对涡轴发动机已知试验数据分析和处理，利用涡轴发动机不同节流状态下相同参数的连续性检查，排查数据中的坏点。

步骤2：对步骤1得到的数据进行等飞行高度不同飞行马赫数模式的输出轴功率计算。具体的，如步骤1已知试验数据是等飞行高度不同飞行马赫数试验点Y、Q、L和X、A、B，对步骤1得到的数据在等燃气涡轮转速下进行等飞行高度不同飞行马赫数模式计算，可以预测出等飞行高度不同马赫数试验点S和R点输出轴功率。

具体计算过程如下：

P_wr，Y/P_wr，L＝(K_Y/K_L)^{(1+a*(M_nY-M_nL)^n)*[(γ+1)/(2*(γ-1))]+1} (1)

P_wr，Y/P_wr，Q＝(K_Y/K_Q)^{(1+a*(M_nY-M_nQ)^n)*[(γ+1)/(2*(γ-1))]+1} (2)

其中：K＝1+(γ-1)/2*M_n^2，P_wr为发动机输出功率，M_n为飞行马赫数，γ为空气的比热比，a为影响系数，n为影响指数。

联合求解(1)和(2)可以得到Y点高度下的a和n值,代入(3)即可得到S点输出轴功率。

P_wr，Y/P_wr，S＝(K_Y/K_S)^{(1+a*(M_nY-M_nS)^n)*[(γ+1)/(2*(γ-1))]+1} (3)

同理，利用已知X、A、B点数据，可以得到R点输出轴功率。

步骤3：对步骤1得到的数据进行等飞行高度不同飞行马赫数模式的输出轴功率计算。如步骤2得到试验数据S和R，进行等飞行马赫数不同飞行高度模式计算，可以预测出等飞行马赫数任意飞行高度试验点P的输出轴功率。

具体计算过程如下：

首先将S和R试验点等燃气涡轮转速下的输出轴功率换算到标准海平面静止条件下：

P_wr,corr,S＝P_wr,S/(sqrt(θ₂)*δ₂)_S (4)

P_wr,corr,R＝P_wr,R/(sqrt(θ₂)*θ₂)_R (5)

换算后的输出轴功率受雷诺数影响，有如下关系：

(P_wr,corr,S/P_wr,corr,R)＝(Re_S/Re_R)^w (6)

其中：

δ₂＝P₀₂/101.325 (7)

θ₂＝T₀₂/288.15 (8)

其中，P_wr,corr为换算功率，P_wr为发动机输出功率，R_e为雷诺数，δ为压力相似参数，θ为温度相似参数，P₀为总压，T₀为总温，w为指数。

公式(6)有1个未知数w，所以当已知两个等飞行马赫数不同飞行高度试验点S和R，可以求w，便可以利用(9)得到P_wr,corr,P；利用(10)求得P_wr,P，也就是等飞行马赫数不同飞行高度试验点P的输出轴功率。

(P_wr,corr,S/P_wr,corr,P)＝(Re_S/Re_P)^w (9)

P_wr,P＝P_wr,corr,P*(sqrt(θ₂)*δ₂)_S (10)

步骤4：对于轴向进气涡轴发动机，由于发动机对来流敏感，重复步骤2和步骤3，预测全包线内任意试验点输出轴功率。对于径向进气涡轴发动机，由于发动机不感受进气冲压，重复步骤3，预测全包线内任意试验点输出轴功率。

通过本申请的方法，在没有涡轴发动机具体部件特性的情况下，已知有限的不同高度、不同马赫数试验点性能，提供一种基于试验数据相关性的涡轴发动机输出轴功率方法，能够在短时间内进行发动机全包线内性能预测，并且简单、便捷、精度高。本发明在对发动机数据有限性判别、发动机性能评估等方面有重要意义，解决涡轴发动机相关工程问题。利用不同试验点试验数据之间的相关性，可以高效、便捷的对全飞行包线内任意涡轴发动机的输出轴功率进行预测；提升试验采集数据有效性辨识率，提高试验高空性能评估精度，在工程应用中解决涡轴发动机相关工程问题。

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权利要求的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种基于试验数据相关性的涡轴发动机输出轴功率预测方法，其特征在于，所述方法包括：

步骤1：对涡轴发动机已知试验数据分析和处理；

步骤2：对步骤1得到的数据进行等飞行高度不同飞行马赫数模式的输出轴功率计算；

步骤3：对步骤1得到的数据进行等飞行马赫数不同飞行高度模式的输出轴功率计算；

步骤4：预测全包线内任意试验点的输出轴功率。

2.根据权利要求1所述的基于试验数据相关性的涡轴发动机输出轴功率预测方法，其特征在于，在所述步骤2中，在涡轴发动机燃气涡轮换算转速相等时，等飞行高度不同飞行马赫数模式的输出轴功率计算公式为：

P_wr，B/P_wr，A＝(K_B/K_A)^{(1+a*(M_nB-M_nA)^n)*[(γ+1)/(2*(γ-1))]+1}，

其中，K＝1+(γ-1)/2*M_n^2，A和B为已知试验数据中的两个试验点，P_wr为发动机输出功率，M_n为飞行马赫数，γ为空气的比热比，a为影响系数，n为影响指数。

3.根据权利要求2所述的基于试验数据相关性的涡轴发动机输出轴功率预测方法，其特征在于，在步骤3中，在涡轴发动机燃气涡轮换算转速相等时，等飞行马赫数不同飞行高度模式的输出轴功率计算公式为：

P_wr,corr,X＝P_wr,X/(sqrt(θ₂)*δ₂)_X，

P_wr,corr,Y＝P_wr,Y/(sqrt(θ₂)*δ₂)_Y，

(P_wr,corr,Y/P_wr,corr,X)＝(R_eY/R_eX)^w，

δ₂＝P₀₂/101.325，

θ₂＝T₀₂/288.15，

其中，P_wr,corr为换算功率，P_wr为发动机输出功率，R_e为雷诺数，δ为压力相似参数，θ为温度相似参数，P₀为总压，T₀为总温，w为指数。

4.根据权利要求3所述的基于试验数据相关性的涡轴发动机输出轴功率预测方法，其特征在于，在步骤4中，对于轴向进气涡轴发动机，由于发动机对来流敏感，重复步骤2和步骤3，预测全包线内任意试验点的输出轴功率。

5.根据权利要求2所述的基于试验数据相关性的涡轴发动机输出轴功率预测方法，其特征在于，在步骤4中，对于径向进气涡轴发动机，由于发动机不感受进气冲压，重复步骤3，预测全包线内任意试验点输出轴功率。

6.根据权利要求1所述的基于试验数据相关性的涡轴发动机输出轴功率预测方法，其特征在于，在步骤1中已知试验数据的处理包括：利用涡轴发动机不同节流状态下相同参数的连续性检查，排查数据中的坏点。

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