CN115481501A - 变转速动力涡轮的一维设计方法及系统、设备、存储介质 - Google Patents

变转速动力涡轮的一维设计方法及系统、设备、存储介质 Download PDF

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CN115481501A
CN115481501A CN202211016927.5A CN202211016927A CN115481501A CN 115481501 A CN115481501 A CN 115481501A CN 202211016927 A CN202211016927 A CN 202211016927A CN 115481501 A CN115481501 A CN 115481501A
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刘长青
欧阳玉清
屈彬
曾飞
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Abstract

本发明公开了一种变转速动力涡轮的一维设计方法及系统、设备、存储介质，所述变转速动力涡轮的一维设计方法通过计算变转速动力涡轮的全工况综合性能进行设计转速点的迭代寻优，考虑了变转速动力涡轮宽广工作范围的特性，建立了适用于变转速动力涡轮工作特征的综合性能评价指标与体系，准确反映了变转速动力涡轮在整个任务周期内的综合性能，对变转速动力涡轮的全任务性能进行了准确评估和预测，可以实现变转速动力涡轮在宽工况内高效气动设计的目标，能满足变转速动力涡轮在宽广工况范围内稳定、高效工作的设计需求。

Description

变转速动力涡轮的一维设计方法及系统、设备、存储介质
技术领域
本发明涉及动力涡轮设计技术领域，特别地，涉及一种变转速动力涡轮的一维设计方法及系统、电子设备、计算机可读取的存储介质。
背景技术
随着高速旋翼机的发展，要求动力系统在旋翼机高速巡航条件下降低输出转速的同时保持输出功率基本不变。当前，常规涡轴发动机的动力涡轮多在设计点附近以基本恒定的转速工作，只能在很窄工况范围内保证其气动效率，而高速旋翼机的任务特征对涡轴发动机动力涡轮的性能和工况范围都提出了更高的要求，需要动力涡轮长时间工作于多个差别较大的转速工况，因此，常规的动力涡轮无法满足高速旋翼机的需求。而变转速动力涡轮因其具有多状态宽转速范围适应性，可避免变速传动系统及其换挡机构的结构复杂性和增加重量，在高速旋翼机市场上极具竞争力。
目前，对于常规的动力涡轮，在一维设计过程中其设计点的位置是确定的，而设计目标通常是保证设计点有高的效率，进而确定叶中截面的速度三角形。而对于变转速动力涡轮而言，其设计目标是涡轮的总体性能最优，设计点的位置是未知的。并且，由于变转速动力涡轮具有宽广工作范围需求，决定了其相比于常规动力涡轮在性能评价、设计点选取、设计参数选取等方面都会遇到新的挑战，常规动力涡轮的一维设计方法不适用于变转速动力涡轮，因此，需要建立一套针对变转速动力涡轮的一维设计方法，但是现有技术中暂未相关解决方案。
发明内容
本发明提供了一种变转速动力涡轮的一维设计方法及系统、电子设备、计算机可读取的存储介质，以解决现有技术中暂无适用于变转速动力涡轮的一维设计方法的技术问题。
根据本发明的一个方面，提供一种变转速动力涡轮的一维设计方法，包括以下内容：
输入目标转速范围；
基于目标转速范围内的各转速状态进行反问题设计，得到变转速动力涡轮在不同转速状态下的一维几何参数；
基于不同转速状态下的一维几何参数进行正问题计算分析，得到变转速动力涡轮在不同转速状态下的涡轮特性；
基于不同转速状态下的涡轮特性计算变转速动力涡轮在不同转速状态下的全工况综合性能，选择全工况综合性能最高的转速状态作为设计转速点。
进一步地，基于以下公式计算变转速动力涡轮的全工况综合性能：
Figure BDA0003812894380000021
其中，ξ表示变转速动力涡轮的综合性能评价指标，ηi表示变转速动力涡轮在转速i下的效率，ti表示变转速动力涡轮在转速i的工作时间，T为变转速动力涡轮的总工作时间，wi表示变转速动力涡轮在转速i下的耗油流量，Wdesign表示不同转速状态的设计燃油流量。
进一步地，基于以下公式计算变转速动力涡轮的效率：
Figure BDA0003812894380000022
其中，u表示载荷系数，D2m表示进出口中径比，
Figure BDA0003812894380000023
表示静叶的速度损失系数，Ka表示轴向速比系数，
Figure BDA0003812894380000024
表示流量系数，C1u表示进口绝对速度的圆周分速度，U2表示出口圆周速度，ψ表示动叶的速度损失系数，W2u表示出口相对速度的周向分速度。
进一步地，在进行反问题设计时，先初步选定涡轮级数，然后依次进行反问题设计、正问题计算分析和全工况综合性能计算，以整个发动机任务全工况综合性能最佳为目标、其它设计参数的选取作为约束条件进行迭代寻优，选择全工况综合性能最高时对应的涡轮级数。
进一步地，当功率级别为5000kW～6000kW时，采用4级涡轮。
进一步地，在进行反问题设计时，当变转速动力涡轮的级数为三级及以上时，功分配比例设置为：中间级＞第一级＞末级。
进一步地，在进行反问题设计时，设置变转速动力涡轮的出口马赫数为0.4～0.75。
另外，本发明还提供一种变转速动力涡轮的一维设计系统，包括：
目标转速输入模块，用于输入目标转速范围；
反问题设计模块，用于基于目标转速范围内的各转速状态进行反问题设计，得到变转速动力涡轮在不同转速状态下的一维几何参数；
正问题计算模块，用于基于不同转速状态下的一维几何参数进行正问题计算分析，得到变转速动力涡轮在不同转速状态下的涡轮特性；
设计点选取模块，用于基于不同转速状态下的涡轮特性计算变转速动力涡轮在不同转速状态下的全工况综合性能，选择全工况综合性能最高的转速状态作为设计转速点。
另外，本发明还提供一种电子设备，包括处理器和存储器，所述存储器中存储有计算机程序，所述处理器通过调用所述存储器中存储的所述计算机程序，用于执行如上所述的方法的步骤。
另外，本发明还提供一种计算机可读取的存储介质，用于存储进行变转速动力涡轮一维设计的计算机程序，所述计算机程序在计算机上运行时执行如上所述的方法的步骤。
本发明具有以下效果：
本发明的变转速动力涡轮的一维设计方法，可以根据高速旋翼机的任务需求输入目标转速范围，然后针对目标转速范围内的每个转速状态进行反问题计算，以得到变转速动力涡轮在不同转速状态下的一维几何参数，再基于同转速状态下的一维几何参数进行正问题计算分析，以得到变转速动力涡轮在不同转速状态下的涡轮特性，最后基于不同转速状态下的涡轮特性计算变转速动力涡轮在不同转速状态下的全工况综合性能，选择全工况综合性能最高的转速状态作为设计转速点。本发明的变转速动力涡轮的一维设计方法，通过计算变转速动力涡轮的全工况综合性能进行设计转速点的迭代寻优，考虑了变转速动力涡轮宽广工作范围的特性，建立了适用于变转速动力涡轮工作特征的综合性能评价指标与体系，准确反映了变转速动力涡轮在整个任务周期内的综合性能，对变转速动力涡轮的全任务性能进行了准确评估和预测，可以实现变转速动力涡轮在宽工况内高效气动设计的目标，能满足变转速动力涡轮在宽广工况范围内稳定、高效工作的设计需求。
另外，本发明的变转速动力涡轮的一维设计系统同样具有上述优点。
除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1是本发明优选实施例的变转速动力涡轮的一维设计方法的流程示意图。
图2是本发明优选实施例中分别采用本发明设计方法和常规设计方法设计出来的变转速动力涡轮的效率曲线对比示意图。
图3是本发明另一实施例的变转速动力涡轮的一维设计系统的模块结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由下述所限定和覆盖的多种不同方式实施。
如图1所示，本发明的优选实施例提供一种变转速动力涡轮的一维设计方法，包括以下内容：
步骤S1：输入目标转速范围；
步骤S2：基于目标转速范围内的各转速状态进行反问题设计，得到变转速动力涡轮在不同转速状态下的一维几何参数；
步骤S3：基于不同转速状态下的一维几何参数进行正问题计算分析，得到变转速动力涡轮在不同转速状态下的涡轮特性；
步骤S4：基于不同转速状态下的涡轮特性计算变转速动力涡轮在不同转速状态下的全工况综合性能，选择全工况综合性能最高的转速状态作为设计转速点。
可以理解，本实施例的变转速动力涡轮的一维设计方法，可以根据高速旋翼机的任务需求输入目标转速范围，然后针对目标转速范围内的每个转速状态进行反问题计算，以得到变转速动力涡轮在不同转速状态下的一维几何参数，再基于同转速状态下的一维几何参数进行正问题计算分析，以得到变转速动力涡轮在不同转速状态下的涡轮特性，最后基于不同转速状态下的涡轮特性计算变转速动力涡轮在不同转速状态下的全工况综合性能，选择全工况综合性能最高的转速状态作为设计转速点。本发明的变转速动力涡轮的一维设计方法，通过计算变转速动力涡轮的全工况综合性能进行设计转速点的迭代寻优，考虑了变转速动力涡轮宽广工作范围的特性，建立了适用于变转速动力涡轮工作特征的综合性能评价指标与体系，准确反映了变转速动力涡轮在整个任务周期内的综合性能，对变转速动力涡轮的全任务性能进行了准确评估和预测，可以实现变转速动力涡轮在宽工况内高效气动设计的目标，能满足变转速动力涡轮在宽广工况范围内稳定、高效工作的设计需求。
可以理解，在所述步骤S1中，可以根据高速旋翼机的任务需求确定目标转速范围，而高速旋翼机一般要求动力涡轮在50％～100％巡航转速下功率不变、膨胀比基本相等，故将目标转速范围设定为50％～100％转速。
可以理解，在所述步骤S2中，基于目标转速范围内的每个转速状态分别进行反问题设计，以得到变转速动力涡轮在不同转速状态下的一维几何参数。例如，针对50％～100％转速范围内的50％转速状态、60％转速状态、70％转速状态、80％转速状态、90％转速状态及100％转速状态，分别进行反问题设计，从而得到变转速动力涡轮分别在50％转速状态、60％转速状态、70％转速状态、80％转速状态、90％转速状态及100％转速状态下的一维几何参数。其中，一维几何参数包括涡轮各叶片排的进出口构造角和几何流道尺寸等。另外，具体的反问题设计过程属于本领域公知技术，具体过程在此不再赘述。
可以理解，在所述步骤S3中，基于不同转速状态下的一维几何参数分别进行正问题计算分析，以得到变转速动力涡轮在不同转速状态下的涡轮特性，从而可以得到变转速动力涡轮在不同转速状态下的涡轮特性曲线。例如，基于变转速动力涡轮在50％转速状态下的一维几何参数进行正问题计算分析，以得到变转速动力涡轮在50％转速状态下的涡轮效率特性曲线。其中，涡轮效率特性曲线包含了整个任务周期内各个转速下的效率，例如，针对50％转速状态下的一维几何参数进行正问题计算分析时，需要计算变转速动力涡轮在整个任务周期内各个转速下的效率值。另外，具体的正问题计算分析过程属于本领域公知技术，具体过程在此不再赘述。
目前，常规的动力涡轮一维设计方法在计算涡轮效率时，是通过假定U1＝U2，C1a＝C2a得到相应的无量纲参数，并按照一定的损失模型结合式(1)来计算涡轮效率。其中，U1表示进口圆周速度，U2表示出口圆周速度，C1a表示进口轴向速度，C2a表示出口轴向速度。
Figure BDA0003812894380000061
其中，η表示涡轮效率，u表示载荷系数，
Figure BDA0003812894380000062
表示流量系数，ψ表示动叶的速度损失系数，Ka表示轴向速比系数，
Figure BDA0003812894380000063
表示静叶的速度损失系数，Ω表示反力度，D2m表示进出口中径比。动叶的速度损失系数ψ和静叶的速度损失系数
Figure BDA0003812894380000071
由选取的损失模型计算得到，五个无量纲参数Ka、u、D2m、Ω和
Figure BDA0003812894380000072
的表达式如式(2)所示。
Figure BDA0003812894380000073
其中，C1U表示进口绝对速度的圆周分速度，C2U表示出口绝对速度的圆周分速度。
常规的动力涡轮一维设计方法通过式(1)中的五个无量纲参数进行组合寻优得到最佳效率值，并结合转速得到对应的速度三角形，进而计算得到相应的涡轮子午流道。因此，式(1)的计算准确度决定了动力涡轮一维设计的好坏。可以理解，在式(1)中，动叶的速度损失系数ψ和静叶的速度损失系数
Figure BDA0003812894380000075
的计算精度是由所选用的损失模型预测准确度决定的，因此，在选定损失模型的前提下，五个无量纲参数的选取从根本上决定了动力涡轮设计的好坏。但是，常规的动力涡轮一维设计方法基于式(2)在计算载荷系数u和反力度Ω时，假定了动叶进出口的中径和轴向速度均相同，而对于变转速动力涡轮而言，很难满足这两个条件，因此，基于常规的动力涡轮一维设计方法计算得到的变转速动力涡轮的效率值以及设计的流道会与实际情况存在很大偏差，从而导致变转速动力涡轮的一维设计结果不满足要求。
而本发明则采用变比热计算的方式重新定义了载荷系数u和反力度Ω，提高了计算精度，可进一步提高动力涡轮一维设计精度1％以上。具体过程为：
在对外界无热量交换的情况下，相对坐标系的热焓形式的能量方程为：
Figure BDA0003812894380000074
其中，h2表示出口相对总焓，h1表示进口相对总焓，W2表示出口相对速度，W1表示进口相对速度。
然后，基于反力度的定义可知：
Figure BDA0003812894380000081
其中，
Figure BDA0003812894380000082
表示进口总焓，
Figure BDA0003812894380000083
表示出口总焓，Lu表示轮缘功。
而轮缘功Lu的表达式为：
Figure BDA0003812894380000084
其中，C1u表示进口绝对速度的圆周分速度，C2u表示出口绝对速度的圆周分速度，W2u表示出口相对速度的圆周分速度。
则反力度Ω可以重新构造一个新的表达式：
Figure BDA0003812894380000085
而载荷系数u和轮缘功Lu的关系如下：
Figure BDA0003812894380000086
其中，U表示圆周速度。
圆周速度取进出口速度的平均值，则新的载荷系数公式如下：
Figure BDA0003812894380000087
对式(6)和式(8)进行处理，分子分母同时除以
Figure BDA0003812894380000088
整理得到：
Figure BDA0003812894380000089
令
Figure BDA0003812894380000091
则可以得到二元二次方程组：
Figure BDA0003812894380000092
令：
Figure BDA0003812894380000093
则可以得到m，n的解为：
Figure BDA0003812894380000094
因此，计算涡轮效率的公式可重新表示为：
Figure BDA0003812894380000095
其中，D2m表示进出口中径比，L*表示等熵功，LCL表示损失功。
可以理解，在所述步骤S4中，在得到不同转速状态下的涡轮效率特性曲线后，分别计算变转速动力涡轮在不同转速状态下的全工况综合性能，然后选择全工况综合性能最高的转速状态作为设计转速点。具体基于以下公式计算变转速动力涡轮的全工况综合性能：
Figure BDA0003812894380000101
其中，ξ表示变转速动力涡轮的综合性能评价指标，ηi表示变转速动力涡轮在任务周期内的转速i下的效率，具体通过公式(13)计算得到，ti表示变转速动力涡轮在任务周期内的转速i的工作时间，T为变转速动力涡轮在任务周期内的总工作时间，wi表示变转速动力涡轮在任务周期内的转速i下的耗油流量，Wdesign表示不同转速状态的设计燃油流量。其中，通过采用
Figure BDA0003812894380000102
来作为权重系数，可以增加在高燃油消耗下涡轮状态所占的比重，并减小在低燃油消耗下涡轮状态所占的比重，并且考虑了不同转速下的工作时间和耗油流量，大大提高了全工况综合性能评估的准确度。
可以理解，在选取全工况综合性能最高的转速状态作为设计转速点后，基于设计转速点通过反问题设计得到的一维几何参数进行变转速动力涡轮的流道设计。
可选地，在进行反问题设计时，先初步选定涡轮级数，然后依次进行反问题设计、正问题计算分析和全工况综合性能计算，以整个发动机任务全工况综合性能最佳为目标、其它设计参数的选取作为约束条件进行迭代寻优，选择全工况综合性能最高时对应的涡轮级数。其中，其它设计参数包括载荷系数、流量系数、反力度等，约束条件优选设定为：载荷系数为2～3，流量系数为0.8～1.2，反力度为0.4～0.65。作为优选的，当功率级别为5000kW～6000kW时，采用4级涡轮。
可选地，在进行反问题设计时，当变转速动力涡轮的级数为三级及以上时，将功分配比例设置为：中间级＞第一级＞末级，从而可以使第一级导叶的出口温度相对较低，最后一级负荷较轻，可以为下游排气支板提供较好的来流条件，从而降低排气损失。
可选地，在进行反问题设计时，设置变转速动力涡轮的出口马赫数为0.4～0.75，可以有效减小低转速下的余速损失，提高涡轮膨胀比，增加涡轮输出功率以保证转速降低后涡轮的输出功率不变。
可以理解，在本发明的另一实施例中，可以基于目标转速范围内的某一个转速状态(即初步选定的设计转速点)依次进行反问题设计、正问题计算分析和全工况综合性能计算，得到该转速状态对应的全工况综合性能。然后，再选择下一个转速状态作为设计转速点依次进行反问题设计、正问题计算分析和全工况综合性能计算，得到下一个转速状态对应的全工况综合性能。逐一迭代进行计算，得到目标转速范围内若干个转速状态对应的全工况综合性能，然后迭代选出全工况综合性能最高的转速状态作为最终的设计转速点。或者，先从目标转速范围内同步选出若干个转速状态，然后对若干个转速状态同步依次进行反问题设计、正问题计算分析和全工况综合性能计算，最后直接对比选择全工况综合性能最高的转速状态作为最终的设计转速点。
可以理解，本发明还分别采用了本申请的变转速动力涡轮的一维设计方法与常规动力涡轮一维设计方法设计变转速动力涡轮，并对两种方法设计出来的变转速动力涡轮的效率曲线进行了对比，对比结果如图2所示。从图2可以明显看出，在50％～100％转速范围内，本发明设计方法的涡轮效率明显高于常规设计方法的涡轮效率。
另外，如图3所示，本发明的另一实施例还提供一种变转速动力涡轮的一维设计系统，优选采用如上所述的一维设计方法，包括：
目标转速输入模块，用于输入目标转速范围；
反问题设计模块，用于基于目标转速范围内的各转速状态进行反问题设计，得到变转速动力涡轮在不同转速状态下的一维几何参数；
正问题计算模块，用于基于不同转速状态下的一维几何参数进行正问题计算分析，得到变转速动力涡轮在不同转速状态下的涡轮特性；
设计点选取模块，用于基于不同转速状态下的涡轮特性计算变转速动力涡轮在不同转速状态下的全工况综合性能，选择全工况综合性能最高的转速状态作为设计转速点。
可以理解，本实施例的变转速动力涡轮的一维设计系统，可以根据高速旋翼机的任务需求输入目标转速范围，然后针对目标转速范围内的每个转速状态进行反问题计算，以得到变转速动力涡轮在不同转速状态下的一维几何参数，再基于同转速状态下的一维几何参数进行正问题计算分析，以得到变转速动力涡轮在不同转速状态下的涡轮特性，最后基于不同转速状态下的涡轮特性计算变转速动力涡轮在不同转速状态下的全工况综合性能，选择全工况综合性能最高的转速状态作为设计转速点。本发明的变转速动力涡轮的一维设计系统，通过计算变转速动力涡轮的全工况综合性能进行设计转速点的迭代寻优，考虑了变转速动力涡轮宽广工作范围的特性，建立了适用于变转速动力涡轮工作特征的综合性能评价指标与体系，准确反映了变转速动力涡轮在整个任务周期内的综合性能，对变转速动力涡轮的全任务性能进行了准确评估和预测，可以实现变转速动力涡轮在宽工况内高效气动设计的目标，能满足变转速动力涡轮在宽广工况范围内稳定、高效工作的设计需求。
可以理解，所述设计点选取模块基于以下公式计算变转速动力涡轮的全工况综合性能：
Figure BDA0003812894380000121
其中，ξ表示变转速动力涡轮的综合性能评价指标，ηi表示变转速动力涡轮在转速i下的效率，ti表示变转速动力涡轮在转速i的工作时间，T为变转速动力涡轮的总工作时间，wi表示变转速动力涡轮在转速i下的耗油流量，Wdesign表示不同转速状态的设计燃油流量。
可以理解，基于以下公式计算变转速动力涡轮的效率：
Figure BDA0003812894380000131
其中，u表示载荷系数，D2m表示进出口中径比，
Figure BDA0003812894380000132
表示静叶的速度损失系数，Ka表示轴向速比系数，
Figure BDA0003812894380000133
表示流量系数，C1u表示进口绝对速度的圆周分速度，U2表示出口圆周速度，ψ表示动叶的速度损失系数，W2u表示出口相对速度的周向分速度。
可以理解，所述反问题设计模块在进行反问题设计时，先初步选定涡轮级数，然后依次进行反问题设计、正问题计算分析和全工况综合性能计算，以整个发动机任务全工况综合性能最佳为目标、其它设计参数的选取作为约束条件进行迭代寻优，选择全工况综合性能最高时对应的涡轮级数。
可以理解，当功率级别为5000kW～6000kW时，采用4级涡轮。
可以理解，所述反问题设计模块在进行反问题设计时，当变转速动力涡轮的级数为三级及以上时，功分配比例设置为：中间级＞第一级＞末级。
可以理解，所述反问题设计模块在进行反问题设计时，设置变转速动力涡轮的出口马赫数为0.4～0.75。
可以理解，本实施例的系统中的各个模块分别与上述方法实施例的各个步骤相对应，故各个模块的具体工作原理和工作过程在此不再赘述，参考上述方法实施例即可。
另外，本发明的另一实施例还提供一种电子设备，包括处理器和存储器，所述存储器中存储有计算机程序，所述处理器通过调用所述存储器中存储的所述计算机程序，用于执行如上所述的方法的步骤。
另外，本发明的另一实施例还提供一种计算机可读取的存储介质，用于存储进行变转速动力涡轮一维设计的计算机程序，所述计算机程序在计算机上运行时执行如上所述的方法的步骤。
一般计算机可读取存储介质的形式包括：软盘(floppy disk)、可挠性盘片(flexible disk)、硬盘、磁带、任何其与的磁性介质、CD-ROM、任何其余的光学介质、打孔卡片(punch cards)、纸带(paper tape)、任何其余的带有洞的图案的物理介质、随机存取存储器(RAM)、可编程只读存储器(PROM)、可抹除可编程只读存储器(EPROM)、快闪可抹除可编程只读存储器(FLASH-EPROM)、其余任何存储器芯片或卡匣、或任何其余可让计算机读取的介质。指令可进一步被一传输介质所传送或接收。传输介质这一术语可包含任何有形或无形的介质，其可用来存储、编码或承载用来给机器执行的指令，并且包含数字或模拟通信信号或其与促进上述指令的通信的无形介质。传输介质包含同轴电缆、铜线以及光纤，其包含了用来传输一计算机数据信号的总线的导线。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种变转速动力涡轮的一维设计方法，其特征在于，包括以下内容：
输入目标转速范围；
基于目标转速范围内的各转速状态进行反问题设计，得到变转速动力涡轮在不同转速状态下的一维几何参数；
基于不同转速状态下的一维几何参数进行正问题计算分析，得到变转速动力涡轮在不同转速状态下的涡轮特性；
基于不同转速状态下的涡轮特性计算变转速动力涡轮在不同转速状态下的全工况综合性能，选择全工况综合性能最高的转速状态作为设计转速点。
2.如权利要求1所述的变转速动力涡轮的一维设计方法，其特征在于，基于以下公式计算变转速动力涡轮的全工况综合性能：
Figure FDA0003812894370000011
其中，ξ表示变转速动力涡轮的综合性能评价指标，ηi表示变转速动力涡轮在转速i下的效率，ti表示变转速动力涡轮在转速i的工作时间，T为变转速动力涡轮的总工作时间，wi表示变转速动力涡轮在转速i下的耗油流量，Wdesign表示不同转速状态的设计燃油流量。
3.如权利要求2所述的变转速动力涡轮的一维设计方法，其特征在于，基于以下公式计算变转速动力涡轮的效率：
Figure FDA0003812894370000012
其中，u表示载荷系数，D2m表示进出口中径比，
Figure FDA0003812894370000013
表示静叶的速度损失系数，Ka表示轴向速比系数，
Figure FDA0003812894370000014
表示流量系数，C1u表示进口绝对速度的圆周分速度，U2表示出口圆周速度，ψ表示动叶的速度损失系数，W2u表示出口相对速度的周向分速度。
4.如权利要求1所述的变转速动力涡轮的一维设计方法，其特征在于，在进行反问题设计时，先初步选定涡轮级数，然后依次进行反问题设计、正问题计算分析和全工况综合性能计算，以整个发动机任务全工况综合性能最佳为目标、其它设计参数的选取作为约束条件进行迭代寻优，选择全工况综合性能最高时对应的涡轮级数。
5.如权利要求4所述的变转速动力涡轮的一维设计方法，其特征在于，当功率级别为5000kW～6000kW时，采用4级涡轮。
6.如权利要求1所述的变转速动力涡轮的一维设计方法，其特征在于，在进行反问题设计时，当变转速动力涡轮的级数为三级及以上时，功分配比例设置为：中间级＞第一级＞末级。
7.如权利要求1所述的变转速动力涡轮的一维设计方法，其特征在于，在进行反问题设计时，设置变转速动力涡轮的出口马赫数为0.4～0.75。
8.一种变转速动力涡轮的一维设计系统，其特征在于，包括：
目标转速输入模块，用于输入目标转速范围；
反问题设计模块，用于基于目标转速范围内的各转速状态进行反问题设计，得到变转速动力涡轮在不同转速状态下的一维几何参数；
正问题计算模块，用于基于不同转速状态下的一维几何参数进行正问题计算分析，得到变转速动力涡轮在不同转速状态下的涡轮特性；
设计点选取模块，用于基于不同转速状态下的涡轮特性计算变转速动力涡轮在不同转速状态下的全工况综合性能，选择全工况综合性能最高的转速状态作为设计转速点。
9.一种电子设备，其特征在于，包括处理器和存储器，所述存储器中存储有计算机程序，所述处理器通过调用所述存储器中存储的所述计算机程序，用于执行如权利要求1～7任一项所述的方法的步骤。
10.一种计算机可读取的存储介质，用于存储进行变转速动力涡轮一维设计的计算机程序，其特征在于，所述计算机程序在计算机上运行时执行如权利要求1～7任一项所述的方法的步骤。
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