CN116086816A - 一种基于转子叶尖间隙的压气机性能确定方法 - Google Patents

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孟德君
梁育源
潘若痴
尹松
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Abstract

本申请属于基于转子叶尖间隙的压气机性能确定技术领域，具体涉及一种基于转子叶尖间隙的压气机性能确定方法，包括：确定压气机工作时，各级转子叶尖间隙的最大值、最小值；在各级转子叶尖间隙的最大值、最小值范围内，设计各级转子叶尖间隙与压气性能的正交试验组；获取与正交试验组对应的压气机性能；建立各级转子叶尖间隙与压气机性能的二阶方程；基于正交试验组及其对应的压气机性能，拟合得出各级转子叶尖间隙与压气机性能二阶方程的参数项。

Description

一种基于转子叶尖间隙的压气机性能确定方法
技术领域
本申请属于基于转子叶尖间隙的压气机性能确定技术领域，具体涉及一种基于转子叶尖间隙的压气机性能确定方法。
背景技术
航空发动机中压气机各级转子叶片与机匣间存在叶尖间隙，叶尖间隙泄漏对压气机的流量、效率等关键性能存在显著影响。
随着航空发动的使用，压气机各级转子叶尖间隙，会由于叶尖磨损、机匣变形、涂层脱落等原因发生变化，在该种情形下，如何高效、准确的确定转子叶尖间隙对压气性能的影响，对于压气机的维护、改进具有重要意义。
当前，多是采用RMS法描述压气机转子叶尖间隙：
Figure BDA0004016246600000011
Figure BDA0004016246600000012
其中，
Ri为第i级相对转子叶尖间隙；
Δi为第i级转子叶尖间隙；
Hi为第i级转子叶片高度；
n为转子叶片的级数；
进而根据RMS值的变化，插值得到对压气机流量、效率等性能参数的影响，该种技术方案存在以下缺陷：
将压气机各级转子叶尖间隙统一成一个整体进行描述，是假定各级转子叶片间隙对压气机性能参数的影响程度一致，忽略各级转子叶片的马赫数、压力负荷等方面的差异，所得结果与实际存在较大偏差，难以为压气机的维护、改进提供可靠指导。
鉴于上述技术缺陷的存在提出本申请。
需注意的是，以上背景技术内容的公开仅用于辅助理解本发明的发明构思及技术方案，其并不必然属于本专利申请的现有技术，在没有明确的证据表明上述内容在本申请的申请日已经公开的情况下，上述背景技术不应当用于评价本申请的新颖性和创造性。
发明内容
本申请的目的是提供一种基于转子叶尖间隙的压气机性能确定方法，以克服或减轻已知存在的至少一方面的技术缺陷。
本申请的技术方案是：
一种基于转子叶尖间隙的压气机性能确定方法，包括：
确定压气机工作时，各级转子叶尖间隙的最大值、最小值；
在各级转子叶尖间隙的最大值、最小值范围内，设计各级转子叶尖间隙与压气性能的正交试验组；
获取与正交试验组对应的压气机性能；
建立各级转子叶尖间隙与压气机性能的二阶方程；
基于正交试验组及其对应的压气机性能，拟合得出各级转子叶尖间隙与压气机性能二阶方程的参数项。
根据本申请的至少一个实施例，上述的基于转子叶尖间隙的压气机性能确定方法中，对得到各级转子叶尖间隙与压气机性能的二阶方程，进行方差分析，在不符合精度要求是，重新设计各级转子叶尖间隙与压气性能的正交试验组，增加正交试验组的数量。
根据本申请的至少一个实施例，上述的基于转子叶尖间隙的压气机性能确定方法中，所述确定压气机工作时，各级转子叶尖间隙的最大值、最小值，具体为，根据转子轮盘与机匣的变形计算结果得出。
根据本申请的至少一个实施例，上述的基于转子叶尖间隙的压气机性能确定方法中，所述获取与正交试验组对应的压气机性能，具体为，通过三维数值仿真或者试验验证得到。
根据本申请的至少一个实施例，上述的基于转子叶尖间隙的压气机性能确定方法中，建立各级转子叶尖间隙与压气机性能的二阶方程，具体为：
Figure BDA0004016246600000031
Figure BDA0004016246600000032
其中，
F为压气机性能，具体为流量或效率；
Ri为第i级相对转子叶尖间隙；
Rj为第j级相对转子叶尖间隙；
Δi为第i级转子叶尖间隙；
Hi为第i级转子叶片高度；
n为转子叶片的级数；
A0、Ai、Aij为各级转子叶尖间隙与压气机性能二阶方程的参数项。
附图说明
图1是本申请实施例提供的基于转子叶尖间隙的压气机性能确定方法的示意图。
具体实施方式
为使本申请的技术方案及其优点更加清楚，下面将结合附图对本申请的技术方案作进一步清楚、完整的详细描述，可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅是本申请的部分实施例，其仅用于解释本申请，而非对本申请的限定。需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本申请相关的部分，其他相关部分可参考通常设计，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的技术特征可以相互组合以得到新的实施例。
此外，除非另有定义，本申请描述中所使用的技术术语或者科学术语应当为本申请所属领域内一般技术人员所理解的通常含义。本申请描述中所使用的“上”、“下”、“左”、“右”、“中心”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等表示方位的词语仅用以表示相对的方向或者位置关系，而非暗示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，当被描述对象的绝对位置发生改变后，其相对位置关系也可能发生相应的改变，因此不能理解为对本申请的限制。本申请描述中所使用的“第一”、“第二”、“第三”以及类似用语，仅用于描述目的，用以区分不同的组成部分，而不能够将其理解为指示或暗示相对重要性。本申请描述中所使用的“一个”、“一”或者“该”等类似词语，不应理解为对数量的绝对限制，而应理解为存在至少一个。本申请描述中所使用的“包括”或者“包含”等类似词语意指出现在该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。
此外，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，在本申请的描述中使用的“安装”、“相连”、“连接”等类似词语应做广义理解，例如，连接可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通，领域内技术人员可根据具体情况理解其在本申请中的具体含义。
下面结合附图1对本申请做进一步详细说明。
一种基于转子叶尖间隙的压气机性能确定方法，包括：
确定压气机工作时，各级转子叶尖间隙的最大值、最小值；
在各级转子叶尖间隙的最大值、最小值范围内，设计各级转子叶尖间隙与压气性能的正交试验组；
获取与正交试验组对应的压气机性能；
建立各级转子叶尖间隙与压气机性能的二阶方程；
基于正交试验组及其对应的压气机性能，拟合得出各级转子叶尖间隙与压气机性能二阶方程的参数项。
对于上述实施例公开的基于转子叶尖间隙的压气机性能确定方法，领域内技术人员可以理解的是，其设计在确定压气机工作时，各级转子叶尖间隙的最大值、最小值的基础上，在各级转子叶尖间隙的最大值、最小值范围内，设计各级转子叶尖间隙与压气性能的正交试验组，获取与正交试验组对应的压气机性能，进而基于正交试验组及其对应的压气机性能，拟合得出各级转子叶尖间隙与压气机性能二阶方程的参数项，从而可利用二阶方程准确计算各级转子叶尖间隙下的压气机性能，为压气机的维护、改进提供可靠指导。
对于上述实施例公开的基于转子叶尖间隙的压气机性能确定方法，领域内技术人员可以理解的是，其设计以正交试验组获取对应的压气机性能，能够以相对较少的方案数，充分考虑压气机各级转子叶尖间隙的交互作用，得到准确的压气机性能。
对于上述实施例公开的基于转子叶尖间隙的压气机性能确定方法，领域内技术人员可以理解的是，其设计以二阶方程表征各级转子叶尖间隙与压气机性能的关系，与相对转子叶尖间隙为径向几何特征，航空发动机流量、密度与环面积相关，环面积为径向几何特征的二阶参数的实际相符，能够很好的表征压气机性能。
在一些可选的实施例中，上述的基于转子叶尖间隙的压气机性能确定方法中，对得到各级转子叶尖间隙与压气机性能的二阶方程，进行方差分析，在不符合精度要求是，重新设计各级转子叶尖间隙与压气性能的正交试验组，增加正交试验组的数量，以提高各级转子叶尖间隙与压气机性能二阶方程的计算精度。
在一些可选的实施例中，上述的基于转子叶尖间隙的压气机性能确定方法中，所述确定压气机工作时，各级转子叶尖间隙的最大值、最小值，具体为，根据转子轮盘与机匣的变形计算结果得出。
在一些可选的实施例中，上述的基于转子叶尖间隙的压气机性能确定方法中，所述获取与正交试验组对应的压气机性能，具体为，通过三维数值仿真或者试验验证得到。
在一些可选的实施例中，上述的基于转子叶尖间隙的压气机性能确定方法中，建立各级转子叶尖间隙与压气机性能的二阶方程，具体为：
Figure BDA0004016246600000061
Figure BDA0004016246600000062
其中，
F为压气机性能；
Ri为第i级相对转子叶尖间隙；
Rj为第j级相对转子叶尖间隙；
Δi为第i级转子叶尖间隙；
Hi为第i级转子叶片高度；
n为转子叶片的级数；
A0、Ai、Aij为各级转子叶尖间隙与压气机性能二阶方程的参数项。
在一个具体的实施例中，基于转子叶尖间隙的压气机性能确定方法，具体实施如下：
根据转子轮盘与机匣的变形计算结果，获得航空发动机使用全状态的压气机各级转子叶尖间隙的最大值、最小值。
在压气机为四级转子的情形下，设计各级转子叶尖间隙与压气性能的正交试验组如下：
Figure BDA0004016246600000071
其中，
0表示对应的最小值；
2表示对应的最大值；
1表示对应的最大值、最小值的平均值。
通过三维数值仿真或者试验验证等方法，获得与正交试验组对应的压气机性能，包括压气机流量、效率。
构建建立压气机流量、效率与各级转子相对叶尖间隙
Figure BDA0004016246600000072
的二阶方程，以某三级压气机为例，如下：
流量：
Figure BDA0004016246600000073
效率：
Figure BDA0004016246600000074
通过线性回归拟合，获得合适的β0～βij、α0～αij的数值，对建立的二阶方程进行方差分析，确认精度是否符合精度要求，如果不符合，则重新设计各级转子叶尖间隙与压气性能的正交试验组，增加正交试验组的数量，以提高各级转子叶尖间隙与压气机性能二阶方程的计算精度。
可基于各级转子叶尖间隙，以所得的各级转子叶尖间隙与压气机性能二阶方程，计算压气机流量、效率，以及可发现影响压气机效率、流量的相对敏感级，根据需求适当调整间隙方案，以获得更合适的压气机性能。
说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本申请的技术方案，领域内技术人员应该理解的是，本申请的保护范围显然不局限于这些具体实施方式，在不偏离本申请的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征作出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本申请的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种基于转子叶尖间隙的压气机性能确定方法，其特征在于，包括：
确定压气机工作时，各级转子叶尖间隙的最大值、最小值；
在各级转子叶尖间隙的最大值、最小值范围内，设计各级转子叶尖间隙与压气性能的正交试验组；
获取与正交试验组对应的压气机性能；
建立各级转子叶尖间隙与压气机性能的二阶方程；
基于正交试验组及其对应的压气机性能，拟合得出各级转子叶尖间隙与压气机性能二阶方程的参数项。
2.根据权利要求1所述的基于转子叶尖间隙的压气机性能确定方法，其特征在于，
对得到各级转子叶尖间隙与压气机性能的二阶方程，进行方差分析，在不符合精度要求是，重新设计各级转子叶尖间隙与压气性能的正交试验组，增加正交试验组的数量。
3.根据权利要求1所述的基于转子叶尖间隙的压气机性能确定方法，其特征在于，
所述确定压气机工作时，各级转子叶尖间隙的最大值、最小值，具体为，根据转子轮盘与机匣的变形计算结果得出。
4.根据权利要求1所述的基于转子叶尖间隙的压气机性能确定方法，其特征在于，
所述获取与正交试验组对应的压气机性能，具体为，通过三维数值仿真或者试验验证得到。
5.根据权利要求1所述的基于转子叶尖间隙的压气机性能确定方法，其特征在于，
建立各级转子叶尖间隙与压气机性能的二阶方程，具体为：
Figure FDA0004016246590000021
Figure FDA0004016246590000022
其中，
F为压气机性能，具体为流量或效率；
Ri为第i级相对转子叶尖间隙；
Rj为第j级相对转子叶尖间隙；
Δi为第i级转子叶尖间隙；
Hi为第i级转子叶片高度；
n为转子叶片的级数；
A0、Ai、Aij为各级转子叶尖间隙与压气机性能二阶方程的参数项。
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