CN114239456B

CN114239456B - 一种航空燃气涡轮发动机供油规律修正方法及装置

Info

Publication number: CN114239456B
Application number: CN202111433466.7A
Authority: CN
Inventors: 杨怀丰; 刘永泉; 李焦宇; 吉思环; 王良
Original assignee: AECC Shenyang Engine Research Institute
Current assignee: AECC Shenyang Engine Research Institute
Priority date: 2021-11-29
Filing date: 2021-11-29
Publication date: 2023-03-14
Anticipated expiration: 2041-11-29
Also published as: CN114239456A

Abstract

本申请属于发动机设计领域，具体涉及一种航空燃气涡轮发动机供油规律修正方法及装置。该方法包括步骤S1、根据发动机进气温度对标准大气条件下的供油基准进行第一次修正；步骤S2、通过系数B对第一次修正后的供油基准进行第二次修正，所述系数B关联供油加速时间及喘振裕度；步骤S3、确定发动机是否为冷态起动；步骤S4、若发动机为冷态起动，通过系数D对第二次修正后的供油基准进行第三次修正，所述系数D关联冷态起动与热态起动的起动时间。本申请能够保证供油规律兼容发动机的冷热起动和不同进气温度下的发动机加速性，使发动机表现出的起动特性和加速特性规律性更好，避免冷热起动不兼容和冷热天加速性不兼容问题。

Description

一种航空燃气涡轮发动机供油规律修正方法及装置

技术领域

本申请属于发动机设计领域，具体涉及一种航空燃气涡轮发动机供油规律修正方法及装置。

背景技术

航空发动机起动和加速供油规律是实现发动机动态特性的基本保证，起动机加速供油规律一般采用换算油气比与换转转速的关系(W _f/P ₃)_R＝f _gy(n _R)作为基准，然后在不同的进气温度下按照相似原理对其进行温度修正，获得不同进气温度下的起动和加速供油规律。即不同大气温度条件下的供油规律可由T ₁＝288.15K时的基准供油规律按公式f _gy(n _R)＝f _gy(n _R)_288K×(T ₁/288.15)^0.5换算得出。

采用该种修正方法，在一定程度上实现了发动机在不同进气温度下的起动和加速供油规律的兼容，但由于没有考虑到发动机自身的工作特点和温度变化时的工质特性的变化规律，导致发动机采用该规律实现起动和加速功能时存在冷热起动不兼容、冷热天加速不兼容等问题，导致发动机起动失败或规律性不好、热天加速性难于调整而冷天出现加速喘振等问题。

发明内容

为了解决上述问题，本申请提供了一种航空燃气涡轮发动机供油规律修正方法及装置，考虑发动机冷热起动、冷热天时的工作特点和不同大气温度条件下空气工质的特性规律，对发动机起动和加速过程的供油规律进行更近一步的修正，解决发动机冷热起动不兼容和冷热天加速性不兼容等问题。

本申请第一方面提供了一种航空燃气涡轮发动机供油规律修正方法，主要包括：

步骤S1、根据发动机进气温度对标准大气条件下的供油基准进行第一次修正，所述供油基准为换算油气比与换算转速之间的关系；

步骤S2、通过系数B对第一次修正后的供油基准进行第二次修正，所述系数B关联供油加速时间及喘振裕度；

步骤S3、确定发动机是否为冷态起动；

步骤S4、若发动机为冷态起动，通过系数D对第二次修正后的供油基准进行第三次修正，所述系数D关联冷态起动与热态起动的起动时间。

优选的是，步骤S1中，第一次修正系数为(288.15/T ₁)^k，其中，T ₁为发动机进气温度，k为0.7。

优选的是，在步骤S2中，系数B的上边界逐渐减少，系数B的下边界逐渐增加。

优选的是，在步骤S2中，发动机进气温度低于标准天大气温度288.15K时，系数B小于1，发动机进气温度高于标准天大气温度288.15K时，系数B大于1。

优选的是，步骤S3中，根据发动机排气温度与进气温度的差值确定发动机是否为冷态起动，若差值小于等于系数C，则判定发动机为冷态起动，否则发动机为热态起动，所述系数C选取自-25~75℃。

优选的是，所述系数C为25℃。

优选的是，步骤S4中，通过试验方法确定发动机热态起动与冷态起动的时间，根据发动机热态起动与冷态起动的时间差值占热态时间的比例确定系数D。

本申请第二方面提供了一种航空燃气涡轮发动机供油规律修正装置，主要包括：

第一修正模块，用于根据发动机进气温度对标准大气条件下的供油基准进行第一次修正，所述供油基准为换算油气比与换算转速之间的关系；

第二修正模块，用于通过系数B对第一次修正后的供油基准进行第二次修正，所述系数B关联供油加速时间及喘振裕度；

发动机起动判断模块，用于确定发动机是否为冷态起动；

第三修正模块，用于若发动机为冷态起动，通过系数D对第二次修正后的供油基准进行第三次修正，所述系数D关联冷态起动与热态起动的起动时间。

本申请所采用的基于油气比的起动加速供油规律修正方法，考虑了不同大气温度、不同工作状态下的发动机特点，在基础理论修正的基础上进行了二次修正，能够保证供油规律兼容发动机的冷热起动和不同进气温度下的发动机加速性，使发动机表现出的起动特性和加速特性规律性更好，避免冷热起动不兼容和冷热天加速性不兼容问题。

附图说明

图1为本申请航空燃气涡轮发动机供油规律修正方法的一优选实施例的流程图。

图2为温度修正系数A表示意图。

图3为发动机起动、加速供油规律（T1＝288.15K时的示意规律）表示意图。

图4为供油规律温度修正系数B表示意图。

图5为冷态起动供油规律修正系数D表示意图。

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航空燃气涡轮发动机供油规律修正方法，如图1所示，主要包括：

步骤S3、确定发动机是否为冷态起动；

本申请在步骤S1中，通过试验或计算的方法，获得试验或计算进气温度下的发动机起动和加速过程的实际油气比与高压换算转速之间的供油规律f _gy(n _R)= (W _f/P ₃)，通过温度修正系数将上述供油规律修正到标准大气条件下，即f _gy(n _R)_288K=(W _f/P ₃)×(288.15/T ₁)^k=(W _f/P ₃)_R，此处k系数取用经验值0.7，实现过程可以将k系数转化为进气温度和系数的关系值通过修正系数A来实现，即f _gy(n _R)_288K=(W _f/P ₃)×A=(W _f/P ₃)_R，修正系数A取值见图2，修正后的标准大气温度条件下的基准起动、加速供油规律示意曲线见图3，其中换算转速15%～20%定义为示意的发动机点火转速范围，不同发动机可以不同。70%转速定义为慢车转速，不同发动机可以不同。

本申请在步骤S2中，首先在步骤S1的基础上获得基础起动、加速供油规律后，为将其扩展到不同温度条件下，需要考虑如下因素对其进行修正。一是从加速时间指标来讲，进气温度低于标准温天时依据加速时间相似时加速时间指标有余量，在考虑稳定性的前提下可以适当减少加速供油延长加速时间；二是发动机在不同进气温度下时，发动机喘振裕度会发生改变，一般是温度低于标准天时发动机喘振裕度也低于标准天，高温天时相反。基于上述考虑，不同大气温度条件下的供油规律可由基准换算油气比(W _f/P ₃)_R通过经验k系修正的基础上再次引入B系数进行二次修正。引入B系数具有如下好处，一是能够在兼容低温天、高温天下实现上述考虑对应的经验系数，二是采用该种方式修正时若不同进气温度下需要进行略微修正时调整方便。具体修正公式如下：

f _gy(n _R)＝B×f _gy(n _R)_288K×(T ₁/288.15)^k；

(此处k系数同步骤S1，取用经验值0.7)，其中B为可调整修正系数，不同大气温度T ₁对应不同B系数值，具体见图4；修正后的慢车及以上状态的供油规律可以用于发动机的实际加速供油规律。

本申请在步骤S3中，在步骤S2的基础上考虑冷热起动的兼容性，首先要区分发动机的冷态起动和热态起动。本方法定义地面冷态起动判断标识，条件为：T ₆-T ₁≤C（C值可调，单位为K，初值为25，调整范围为±50）为冷态起动，否则为热态起动。

本申请在步骤S4中，发动机起动过程通过步骤S3的条件判断是否为冷态起动。相比热态起动，冷态起动时有如下特点需要考虑：一是润滑系统黏性大，耗功多；二是点火阶段由于燃烧室、涡轮都是冷态，系统热容较大吸热较多，同样供油下起动点火转速附件可用功减少；三是点火阶段冷态起动时，燃烧室温度低、燃油燃烧雾化效果略差，导致燃烧效率也会降低。基于上述考虑，在冷态起动时需要对慢车转速以下包括点火转速范围的油量进行修正。获取上述修正量级的方法主要采取试验数据修正。方法如下：采取同样供油规律进行冷态起动、热态起动时，对比点火转速后(例如图3中20%后)同转速下的起动时间(对比冷态起动、热态起动20%～70%转速下的时间差异)，将该冷热态时间差值除以热态该转速范围内的总起动时间后的比例作为冷态起动20%转速后的供油增加量；采取试验的方法增加冷态起动点火点换算转速15%～20%范围内的油量，使该段的起动时间保持冷热态基本一致，获得的油量增加量作为冷态起动的油量增加量。通过上述步骤，获得冷态起动相对热态起动供油规律的相对修正量，对冷态起动供油规律进行修正。修正方法是在热态起动供油规律f _gy(n _R)基础上乘以修正系数D，修正系数D的具体值见图5；热态起动时不需要用修正系数D进行修正。

在一个可选实施方式中，按步骤S1中方法及图2的修正参数，获得图3示意的基准供油规律；所述步骤S2中采用推荐的B系数值；所述步骤S3中C值为25；所述步骤S4中采用推荐的D系数值。

备注：

T ₁——发动机进口温度；T ₆——发动机涡轮后排气温度；P ₃——压气机出口压力；W _f——主燃烧供油量；n——高压物理转速；n _R——高压换算转速，n _R=n×(288.15/T ₁)^0.5；f _gy(n _R)_288K——标准大气温度条件下的基准起动、加速供油规律；f _gy(n _R)——实际大气温度条件下的起动、加速供油规律。

本申请第二方面提供了一种与上述方法对应的航空燃气涡轮发动机供油规律修正装置，主要包括：

发动机起动判断模块，用于确定发动机是否为冷态起动；

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

1.一种航空燃气涡轮发动机供油规律修正方法，其特征在于，包括：

步骤S3、确定发动机是否为冷态起动；

步骤S4、若发动机为冷态起动，通过系数D对第二次修正后的供油基准进行第三次修正，所述系数D关联冷态起动与热态起动的起动时间；

其中，步骤S1中，第一次修正系数为(288.15/T₁)^k，其中，T₁为发动机进气温度，k为0.7；

在步骤S2中，发动机进气温度低于标准天大气温度288.15K时，系数B小于1，发动机进气温度高于标准天大气温度288.15K时，系数B大于1，随温度升高系数B的上边界逐渐减少，系数B的下边界逐渐增加；

步骤S4中，通过试验方法确定发动机热态起动与冷态起动的时间，根据发动机热态起动与冷态起动的时间差值占热态起动时间的比例确定系数D。

2.如权利要求1所述的航空燃气涡轮发动机供油规律修正方法，其特征在于，步骤S3中，根据发动机排气温度与进气温度的差值确定发动机是否为冷态起动，若差值小于等于系数C，则判定发动机为冷态起动，否则发动机为热态起动，所述系数C选取自-25～75℃。

3.如权利要求2所述的航空燃气涡轮发动机供油规律修正方法，其特征在于，所述系数C为25℃。

4.一种航空燃气涡轮发动机供油规律修正装置，其特征在于，包括：

发动机起动判断模块，用于确定发动机是否为冷态起动；

第三修正模块，用于若发动机为冷态起动，通过系数D对第二次修正后的供油基准进行第三次修正，所述系数D关联冷态起动与热态起动的起动时间；

其中，第一次修正系数为(288.15/T₁)^k，其中，T₁为发动机进气温度，k为0.7；

发动机进气温度低于标准天大气温度288.15K时，系数B小于1，发动机进气温度高于标准天大气温度288.15K时，系数B大于1，随温度升高系数B的上边界逐渐减少，系数B的下边界逐渐增加；

通过试验方法确定发动机热态起动与冷态起动的时间，根据发动机热态起动与冷态起动的时间差值占热态起动时间的比例确定系数D。