CN117740384B - 一种燃烧性能敏感性评估方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及航空发动机主燃烧室分析技术领域，公开了一种燃烧性能敏感性评估方法及装置，通过预先进行航空发动机稳态时间段内控制参数进行总体标准偏差分析，判定各个控制参数是否对燃烧室性能的变化产生影响，当排除燃烧控制参数的影响后，对燃烧室下游位置的温度在相同稳态时间段内的出口温度进行标准差计算统计，通过间接统计燃烧室下游位置的温度变化规律的方式，对燃烧室燃烧性能状态进行评估。本发明的燃烧性能敏感性评估方法排除了非稳态条件下发动机控制参数对主燃烧室燃烧性能敏感性的影响，且排除了燃烧控制参数对燃烧性能敏感性产生干扰，能及时快速地获取燃烧室工作性能变化状态，反映发动机真实环境工作下的燃烧室性能状态敏感性。
Description
技术领域
本发明涉及航空发动机主燃烧室分析技术领域，公开了一种燃烧性能敏感性评估方法及装置。
背景技术
燃烧室作为燃气轮机三大重要部件中的核心，主要功能是将燃料的化学能转变为燃气的热能，提高气体的热焓，从而推动涡轮部件做功。为了保证能获取满意的燃气轮机性能及寿命，需要主燃烧室部件具有较好的燃烧稳定性、较高的燃烧效率、较低的总压损失以及较好的出口温度分布品质等特性。对于现代燃气轮机燃烧室而言，随燃烧室重量降低温升提高，使得燃烧室较多发展为短环形燃烧室，传统测试手段无法直接捕获燃烧室性能参数，新型测试手段在工程应用阶段未普及，使得直接测试燃烧出口温度场的方案可行性降低。因此快速获取燃烧室燃烧性能的变化，是减少发动机研制周期，提高试验成功率，增长热端部件寿命的重要原因之一。
而且在真实发动机试验过程中，对于燃烧性能的变化，仍存在许多干扰因素，如何排除非稳态条件下发动机控制参数对主燃烧室燃烧性能敏感性的影响，以及如何排除一系列对燃烧性能敏感性产生干扰的燃烧控制相关参数、如何尽量减少试验件故障带来的重复性试验工作从而获得燃烧室真实的工作性能敏感性变化趋势，是亟待解决的新课题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种燃烧性能敏感性评估方法及装置，排除了非稳态条件下发动机控制参数对主燃烧室燃烧性能敏感性的影响，且排除了燃烧控制参数对燃烧性能敏感性产生干扰，能及时快速地获取燃烧室工作性能变化状态，反映发动机真实环境工作下的燃烧室性能状态敏感性。
为了实现上述技术效果，本发明采用的技术方案是：
一种燃烧性能敏感性评估方法，包括：
获取航空发动机在稳态时间段内多个时间点的控制参数，分别分析获得每个控制参数在稳态时间段内的总体标准偏差；所述控制参数包括燃烧室进口压力、燃油流量、燃油喷嘴压力；
当燃烧室进口压力总体标准偏差小于等于第一预设阈值、燃油流量总体标准偏差小于等于第二预设阈值且燃油喷嘴压力总体标准偏差小于等于第三预设阈值时，获取在稳态时间段内多个时间点燃烧室不同下游位置的温度，分析获得燃烧室每个选定下游位置的温度在稳态时间内的总体标准偏差；
若燃烧室所有选定的下游位置的温度在稳态时间内的总体标准偏差中的最大值小于等于第四预设阈值，则燃烧性能稳定、敏感性低；若燃烧室所有选定的下游位置的温度在稳态时间内的总体标准偏差中的最大值大于第四预设阈值，则燃烧性能敏感性高；所述第四预设阈值，其中/>为燃烧室进口压力总体标准偏差，为燃油流量总体标准偏差，/>为燃油喷嘴压力总体标准偏差。
进一步地，航空发动机的稳态时间段的确定方法包括：
分别获取航空发动机转速和油门杆角度随时间变化率；
选择转速变化率小于第一限定阈值且油门杆角度变化率小于第二限定阈值的发动机时间段为稳态时间段。
进一步地，控制参数在稳态时间段内的总体标准偏差根据分析获得，其中/>为第/>个控制参数的总体标准偏差，/>为第/>个控制参数在稳态时间段内的第/>个时间点参数值，/>，/>为第/>个控制参数在稳态时间段内的样本数，/>为第/>个控制参数的/>个样本平均值。
进一步地，燃烧室每个选定下游位置的温度在稳态时间内的总体标准偏差根据分析获得，其中/>为第/>个下游位置的温度的总体标准偏差，/>为第/>个下游位置的温度在稳态时间段内的第/>个时间点参数值，/>，/>为第/>个下游位置的温度在稳态时间段内的样本数，/>为第/>个下游位置的温度的/>个样本平均值。
为实现上述技术效果，本发明还提供了一种燃烧性能敏感性评估装置，包括：
数据采集模块，所述数据采集模块用于获取航空发动机在稳态时间段内多个时间点的控制参数，分别分析获得每个控制参数在稳态时间段内的总体标准偏差；所述控制参数包括燃烧室进口压力、燃油流量、燃油喷嘴压力；
控制参数分析模块，所述控制参数分析模块用于在燃烧室进口压力总体标准偏差小于等于第一预设阈值、燃油流量总体标准偏差小于等于第二预设阈值且燃油喷嘴压力总体标准偏差小于等于第三预设阈值时，获取在稳态时间段内多个时间点燃烧室不同下游位置的温度，分析获得燃烧室每个选定下游位置的温度在稳态时间内的总体标准偏差；
评估模块，所述评估模块用于根据燃烧室所有选定的下游位置的温度在稳态时间内的总体标准偏差中的最大值与第四预设阈值的大小关系，判断燃烧室的燃烧性能敏感性的高低；若燃烧室所有选定的下游位置的温度在稳态时间内的总体标准偏差中的最大值小于等于第四预设阈值，则燃烧性能稳定、敏感性低；若燃烧室所有选定的下游位置的温度在稳态时间内的总体标准偏差中的最大值大于第四预设阈值，则燃烧性能敏感性高；所述第四预设阈值，其中/>为燃烧室进口压力总体标准偏差，为燃油流量总体标准偏差，/>为燃油喷嘴压力总体标准偏差。
进一步地，所述数据采集模块通过分别获取航空发动机转速和油门杆角度随时间变化率，确定转速变化率小于第一限定阈值且油门杆角度变化率小于第二限定阈值的发动机时间段为稳态时间段。
进一步地，所述控制参数分析模块根据分析获得每个控制参数在稳态时间段内的总体标准偏差，其中/>为第/>个控制参数的总体标准偏差，/>为第/>个控制参数在稳态时间段内的第/>个时间点参数值，/>，/>为第/>个控制参数在稳态时间段内的样本数，/>为第/>个控制参数的/>个样本平均值。
进一步地，所述控制参数分析模块根据分析获得燃烧室每个选定下游位置的温度在稳态时间内的总体标准偏差，其中/>为第/>个下游位置的温度的总体标准偏差，/>为第/>个下游位置的温度在稳态时间段内的第/>个时间点参数值，，/>为第/>个下游位置的温度在稳态时间段内的样本数，/>为第/>个下游位置的温度的/>个样本平均值。
与现有技术相比，本发明所具备的有益效果是：本发明通过间接统计燃烧室下游位置的温度变化规律的方式，对燃烧室燃烧性能状态进行评估，评估时排除了非稳态条件下发动机控制参数对主燃烧室燃烧性能敏感性的影响，且排除了燃烧控制参数对燃烧性能敏感性产生干扰，能及时快速地获取燃烧室工作性能变化状态，反映发动机真实环境工作下的燃烧室性能状态敏感性。
附图说明
图1为实施例1或2中燃烧性能敏感性评估方法流程图；
图2为实施例1中燃烧性能敏感性评估装置结构框图；
图3为实施例2中航空发动机转速和油门杆角度随时间变化图；
其中，1、数据采集模块；2、控制参数分析模块；3、评估模块。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明内容所实现的技术均属于本发明的范围。
实施例1
参见图1-图2，一种燃烧性能敏感性评估方法，包括：
获取航空发动机在稳态时间段内多个时间点的控制参数，分别分析获得每个控制参数在稳态时间段内的总体标准偏差；所述控制参数包括燃烧室进口压力、燃油流量、燃油喷嘴压力；
当燃烧室进口压力总体标准偏差小于等于第一预设阈值、燃油流量总体标准偏差小于等于第二预设阈值且燃油喷嘴压力总体标准偏差小于等于第三预设阈值时，获取在稳态时间段内多个时间点燃烧室不同下游位置的温度，分析获得燃烧室每个选定下游位置的温度在稳态时间内的总体标准偏差；
若燃烧室所有选定的下游位置的温度在稳态时间内的总体标准偏差中的最大值小于等于第四预设阈值，则燃烧性能稳定、敏感性低；若燃烧室所有选定的下游位置的温度在稳态时间内的总体标准偏差中的最大值大于第四预设阈值，则燃烧性能敏感性高；所述第四预设阈值，其中/>为燃烧室进口压力总体标准偏差，为燃油流量总体标准偏差，/>为燃油喷嘴压力总体标准偏差。
在本实施例中，燃烧室进口压力、燃油流量、燃油喷嘴压力、燃烧室下游位置的温度是可以准确便捷地得到的数据，预先选用这些数据进行航空发动机稳态时间段内控制参数进行总体标准偏差分析，判定各个控制参数是否对燃烧室性能的变化产生影响，以此来判断燃烧是否处于稳态，当排除燃烧控制参数的影响后，对燃烧室下游位置的温度在相同稳态时间段内的出口温度进行标准差计算统计，通过间接统计燃烧室下游位置的温度变化规律的方式，对燃烧室燃烧性能状态进行评估。本实施例的燃烧性能敏感性评估方法排除了非稳态条件下发动机控制参数对主燃烧室燃烧性能敏感性的影响，且排除了燃烧控制参数对燃烧性能敏感性产生干扰，能及时快速地获取燃烧室工作性能变化状态，反映发动机真实环境工作下的燃烧室性能状态敏感性。
基于相同的发明构思，本实施例还提供了一种燃烧性能敏感性评估装置，包括：
数据采集模块1，所述数据采集模块1用于获取航空发动机在稳态时间段内多个时间点的控制参数，分别分析获得每个控制参数在稳态时间段内的总体标准偏差；所述控制参数包括燃烧室进口压力、燃油流量、燃油喷嘴压力；
控制参数分析模块2，所述控制参数分析模块2用于在燃烧室进口压力总体标准偏差小于等于第一预设阈值、燃油流量总体标准偏差小于等于第二预设阈值且燃油喷嘴压力总体标准偏差小于等于第三预设阈值时，获取在稳态时间段内多个时间点燃烧室不同下游位置的温度，分析获得燃烧室每个选定下游位置的温度在稳态时间内的总体标准偏差；
评估模块3，所述评估模块3用于根据燃烧室所有选定的下游位置的温度在稳态时间内的总体标准偏差中的最大值与第四预设阈值的大小关系，判断燃烧室的燃烧性能敏感性的高低；若燃烧室所有选定的下游位置的温度在稳态时间内的总体标准偏差中的最大值小于等于第四预设阈值，则燃烧性能稳定、敏感性低；若燃烧室所有选定的下游位置的温度在稳态时间内的总体标准偏差中的最大值大于第四预设阈值，则燃烧性能敏感性高。
本实施例中的所述数据采集模块1通过分别获取航空发动机转速和油门杆角度随时间变化率，确定转速变化率小于第一限定阈值且油门杆角度变化率小于第二限定阈值的发动机时间段为稳态时间段。
实施例2
参见图1和图3，本实施例以某航空发动机主燃烧室的燃烧性能敏感性评估为例，对本发明的方法进行详细说明，具体包括如下步骤：
步骤一、分别获取航空发动机转速和油门杆角度随时间变化率，确定转速变化率小于第一限定阈值且油门杆角度变化率小于第二限定阈值的发动机时间段为稳态时间段。
如图3所示，本实施例通过选取图3中的时间段A内的数据，获得发动机转速以及油门杆角度随时间的变化率分别为7.5、6.5，大于发动机转速变化率阈值0.3，油门杆角度变化率阈值1 ，不满足稳态条件。重新选取图3中的时间段B内的数据，获得新的变化率分别为4、3.5，不满足稳态条件；重新选取图3中的时间段C内的数据，获得新的变化率、分别为0.05、0.04，满足稳态条件，确定时间段C为稳态时间段。
步骤二、获取航空发动机在稳态时间段内多个时间点的控制参数，分别分析获得每个控制参数在稳态时间段内的总体标准偏差；所述控制参数包括燃烧室进口压力、燃油流量、燃油喷嘴压力；
本实施例中获取图3中稳态时间段C内的进口压力、燃油流量、燃油喷嘴压力数据等控制参数，每个控制参数在稳态时间段内的总体标准偏差根据分析获得，其中/>为第/>个控制参数的总体标准偏差，/>为第/>个控制参数在稳态时间段内的第/>个时间点参数值，/>，/>为第/>个控制参数在稳态时间段内的样本数，/>为第个控制参数的/>个样本平均值。
本实施例中获得进口压力的总体标准偏差为27.5，小于第一预设阈值150；燃油流量的总体标准偏差为25，小于等于第二预设阈值200；燃油喷嘴压力的总体标准偏差为37.5，小于第三预设阈值200，可以认定燃烧控制参数在稳态时间段内对燃烧室性能状态影响较小。
步骤三、获取在稳态时间段内多个时间点燃烧室不同下游位置的温度，分析获得燃烧室每个选定下游位置的温度在稳态时间内的总体标准偏差；
本实施例中燃烧室每个选定下游位置的温度在稳态时间内的总体标准偏差根据分析获得，其中/>为第/>个下游位置的温度的总体标准偏差，/>为第/>个下游位置的温度在稳态时间段内的第/>个时间点参数值，/>，/>为第/>个下游位置的温度在稳态时间段内的样本数，/>为第/>个下游位置的温度的/>个样本平均值。
本实施例中，所述第四预设阈值，代入对应数据得到第四预设阈值为19.1，其中/>为燃烧室进口压力总体标准偏差，/>为燃油流量总体标准偏差，/>为燃油喷嘴压力总体标准偏差，通过分析计算得到燃烧室所有选定的下游位置的温度在稳态时间内的总体标准偏差中的最大值为12.5，小于第四预设阈值，可以认定该稳态时间段内燃烧室的燃烧性能稳定，温度波动较小，燃烧性能敏感性较弱。
以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种燃烧性能敏感性评估方法，其特征在于，包括：
获取航空发动机在稳态时间段内多个时间点的控制参数，分别分析获得每个控制参数在稳态时间段内的总体标准偏差；所述控制参数包括燃烧室进口压力、燃油流量、燃油喷嘴压力；
当燃烧室进口压力总体标准偏差小于等于第一预设阈值、燃油流量总体标准偏差小于等于第二预设阈值且燃油喷嘴压力总体标准偏差小于等于第三预设阈值时，获取在稳态时间段内多个时间点燃烧室不同下游位置的温度，分析获得燃烧室每个选定下游位置的温度在稳态时间内的总体标准偏差；
若燃烧室所有选定的下游位置的温度在稳态时间内的总体标准偏差中的最大值小于等于第四预设阈值，则燃烧性能稳定、敏感性低；若燃烧室所有选定的下游位置的温度在稳态时间内的总体标准偏差中的最大值大于第四预设阈值，则燃烧性能敏感性高；所述第四预设阈值，其中/>为燃烧室进口压力总体标准偏差，/>为燃油流量总体标准偏差，/>为燃油喷嘴压力总体标准偏差。
2.根据权利要求1所述的燃烧性能敏感性评估方法，其特征在于，航空发动机的稳态时间段的确定方法包括：
分别获取航空发动机转速和油门杆角度随时间变化率；
选择转速变化率小于第一限定阈值且油门杆角度变化率小于第二限定阈值的发动机时间段为稳态时间段。
3.根据权利要求1所述的燃烧性能敏感性评估方法，其特征在于，控制参数在稳态时间段内的总体标准偏差根据分析获得，其中/>为第/>个控制参数的总体标准偏差，/>为第/>个控制参数在稳态时间段内的第/>个时间点参数值，/>，为第/>个控制参数在稳态时间段内的样本数，/>为第/>个控制参数的/>个样本平均值。
4.根据权利要求1所述的燃烧性能敏感性评估方法，其特征在于，燃烧室每个选定下游位置的温度在稳态时间内的总体标准偏差根据分析获得，其中/>为第/>个下游位置的温度的总体标准偏差，/>为第/>个下游位置的温度在稳态时间段内的第/>个时间点参数值，/>，/>为第/>个下游位置的温度在稳态时间段内的样本数，/>为第/>个下游位置的温度的/>个样本平均值。
5.一种燃烧性能敏感性评估装置，其特征在于，包括：
数据采集模块，所述数据采集模块用于获取航空发动机在稳态时间段内多个时间点的控制参数，分别分析获得每个控制参数在稳态时间段内的总体标准偏差；所述控制参数包括燃烧室进口压力、燃油流量、燃油喷嘴压力；
控制参数分析模块，所述控制参数分析模块用于在燃烧室进口压力总体标准偏差小于等于第一预设阈值、燃油流量总体标准偏差小于等于第二预设阈值且燃油喷嘴压力总体标准偏差小于等于第三预设阈值时，获取在稳态时间段内多个时间点燃烧室不同下游位置的温度，分析获得燃烧室每个选定下游位置的温度在稳态时间内的总体标准偏差；
评估模块，所述评估模块用于根据燃烧室所有选定的下游位置的温度在稳态时间内的总体标准偏差中的最大值与第四预设阈值的大小关系，判断燃烧室的燃烧性能敏感性的高低；若燃烧室所有选定的下游位置的温度在稳态时间内的总体标准偏差中的最大值小于等于第四预设阈值，则燃烧性能稳定、敏感性低；若燃烧室所有选定的下游位置的温度在稳态时间内的总体标准偏差中的最大值大于第四预设阈值，则燃烧性能敏感性高；所述第四预设阈值，其中/>为燃烧室进口压力总体标准偏差，/>为燃油流量总体标准偏差，/>为燃油喷嘴压力总体标准偏差。
6.根据权利要求5所述的燃烧性能敏感性评估装置，其特征在于，所述数据采集模块通过分别获取航空发动机转速和油门杆角度随时间变化率，确定转速变化率小于第一限定阈值且油门杆角度变化率小于第二限定阈值的发动机时间段为稳态时间段。
7.根据权利要求5所述的燃烧性能敏感性评估装置，其特征在于，所述控制参数分析模块根据分析获得每个控制参数在稳态时间段内的总体标准偏差，其中为第/>个控制参数的总体标准偏差，/>为第/>个控制参数在稳态时间段内的第/>个时间点参数值，/>，/>为第/>个控制参数在稳态时间段内的样本数，/>为第/>个控制参数的/>个样本平均值。
8.根据权利要求5所述的燃烧性能敏感性评估装置，其特征在于，所述控制参数分析模块根据分析获得燃烧室每个选定下游位置的温度在稳态时间内的总体标准偏差，其中/>为第/>个下游位置的温度的总体标准偏差，/>为第/>个下游位置的温度在稳态时间段内的第/>个时间点参数值，/>，/>为第/>个下游位置的温度在稳态时间段内的样本数，/>为第/>个下游位置的温度的/>个样本平均值。
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