一种压缩系统压力畸变敏感系数确定方法与流程

1.本发明属于航空发动机技术领域，具体涉及一种压缩系统压力畸变敏感系数确定方法。

背景技术：

2.压气机作为燃气涡轮发动机的关键部件之一，其气动稳定性是决定燃气涡轮发动机稳定性的主要因素，而压气机内部气流流动的强增压过程决定了其具有气动失稳的特性。目前变循环发动机中常采用一种带核心机驱动风扇(简称cdfs)的压气机结构，其结构示意图见图4，在cdfs出口具有一个外涵道用于分流。考虑到变循环发动机对高隐身性能的追求和cdfs与压气机的强耦合气动影响，这就对cdfs与压气机的气动稳定性提出了更高的要求。因此，如何准确获取该压缩系统的压力畸变敏感系数变得至关重要。
3.进气压力畸变试验是目前获取压力畸变敏感系数的重要渠道之一，以往采取单个压缩部件开展畸变试验的方法来获取独立的压力畸变敏感系数。但由于cdfs与压气机的强耦合设计，这种单独试验的方式仍存在以下问题：
4.1)无法辨识cdfs与压气机失稳的先后顺序；
5.2)无法准确模拟压气机进口真实流场的畸变情况；
6.3)无法获取在cdfs与压气机匹配工作环境下压缩系统和分部件的压力畸变敏感系数。

技术实现要素：

7.为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种压缩系统的压力畸变敏感系数确定方法，所述压缩系统为带cdfs的压气机结构。该方法考虑了cdfs与压气机失稳的先后顺序，可准确模拟压气机进口真实流场的畸变情况，获取在cdfs与压气机匹配工作环境下压缩系统和分部件的压力畸变敏感系数。
8.为了实现上述目的，本发明提供了如下技术方案，提供一种压缩系统压力畸变敏感系数确定方法，所述压缩系统包括核心机驱动风扇和压气机，所述方法包括如下步骤：
9.s1：对畸变发生装置进行设计；
10.s2：将核心机驱动风扇和压气机置于压缩系统中，分别获取压缩系统、压缩系统中的核心机驱动风扇以及压缩系统中的压气机的气动性能参数；
11.s3：通过s2获取的气动性能参数分别进行压缩系统、核心机驱动风扇和压气机的敏感系数的计算。
12.本发明所提供的压缩系统压力畸变敏感系数确定方法，还具有这样的特征，所述s1中的畸变发生装置为扇形插板结构。
13.本发明所提供的压缩系统压力畸变敏感系数确定方法，还具有这样的特征，所述扇形插板结构的扇形角度θ为150
°‑
180
°
；所述扇形插板厚度为10-20mm；所述扇形插板的插入深度l为0.1d-0.5d,其中，d为压缩系统进气通道的直径。
14.本发明所提供的压缩系统压力畸变敏感系数确定方法，还具有这样的特征，所述插板在试验过程中安装在核心机驱动风扇进口上游2d-3d处。
15.本发明所提供的压缩系统压力畸变敏感系数确定方法，还具有这样的特征，所述压缩系统的气动性能获取步骤如下：
16.a)保持原始调节规律不变，所述调节规律包括cdfs进口导叶角度β
cf0
、压气机进口导叶角度β
c0
及涵道比b0；
17.b)开展均匀流试验，测压缩系统的气动性能参数；
18.c)将畸变发生装置插入进气通道后，开展畸变流试验，测得压缩系统的流量压比特性和压缩系统进口的综合畸变指数w
cf
。
19.本发明所提供的压缩系统压力畸变敏感系数确定方法，还具有这样的特征，在均匀流试验中，测量压缩系统的气动性能参数时，每条特性线不小于6点，并确保能够组成一条完整的特性线。
20.本发明所提供的压缩系统压力畸变敏感系数确定方法，还具有这样的特征，所述压缩系统中核心机驱动风扇的气动性能获取步骤如下：
21.a：保持原始调节规律不变，开展均匀流试验，测量核心机驱动风扇的流量压比特性；
22.b：在喘点参数测量过程中，若压气机首先失稳，则关小压气机进口导叶角度0.5
°
，同时减小0.1b0的涵道比；
23.c：重复步骤b)直到出现核心机驱动风扇首先失稳，记录此时压气机进口导叶角度β
c1
和涵道比b1，并测取喘点参数；
24.d：若导叶角度和涵道比达到限制边界时仍为压气机首先失稳，则表明在该系统中核心机驱动风扇的压力畸变敏感系数为零，且不再开展畸变流试验；
25.e：保持β
cf0
、β
c1
、b1的调节规律不变，开展畸变流试验，测量核心机驱动风扇的流量压比特性和核心机驱动风扇进口的综合畸变指数
26.本发明所提供的压缩系统压力畸变敏感系数确定方法，还具有这样的特征，所述压缩系统中压气机的气动性能获取步骤如下：
27.a)保持原始调节规律不变，开展均匀流试验，测量压气机的流量压比特性；
28.b)在喘点参数测量过程中，若核心机驱动风扇首先失稳，则关小核心机驱动风扇进口导叶角度0.5
°
，同时增大0.1b0的涵道比；
29.c)重复步骤b)直到出现压气机首先失稳，记录此时核心机驱动风扇进口导叶角度β
cf1
和涵道比b2，并测取喘点参数；
30.d)若导叶角度和涵道比达到限制边界时仍为核心机驱动风扇首先失稳，则表明在该系统中压气机的压力畸变敏感系数为零，且不再开展畸变流试验；
31.e)保持β
cf0
、β
cf1
、b2的调节规律不变，开展畸变流试验，测量压气机的流量压比特性和压气机进口的综合畸变指数
32.本发明所提供的压缩系统压力畸变敏感系数确定方法，还具有这样的特征，所述s3中压力畸变敏感系数的计算步骤如下：
33.s3.1：计算均匀进气条件下的稳定裕度sm
uni
34.sm
uni
＝(π1/w
c1
)/(π2/w
c2
)-1
35.其中，π1为均匀流特性喘点压比，w
c1
为均匀流特性喘点换算流量；π2为均匀流工作点压比，w
c2
为均匀流工作点换算流量；
36.s3.2：计算畸变进气条件下的稳定裕度sm
uni
37.sm
dis
＝(π3/w
c3
)/(π4/w
c4
)-1
38.其中，π3为畸变流特性喘点压比，w
c3
为畸变流特性喘点换算流量，π4为畸变流工作点压比，w
c4
为畸变流工作点换算流量；
39.s3.3：计算压力畸变敏感系数α
[0040][0041]
其中，为进口综合畸变指数。
[0042]
有益效果
[0043]
本发明所提供的压缩系统压力畸变敏感系数确定方法，该方法考虑了cdfs与压气机失稳的先后顺序，可准确模拟压气机进口真实流场的畸变情况，获取在cdfs与压气机匹配工作环境下压缩系统和分部件的压力畸变敏感系数，解决了无法准确获取匹配工作环境下压缩系统和分部件压力畸变敏感系数的问题，并且可广泛应用于发动机/压缩部件进气压力畸变试验。
附图说明
[0044]
为了更清楚地说明本公开实施例的技术方案，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公开的一些实施例，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。
[0045]
图1为本发明实施例所提供的压缩系统压力畸变敏感系数确定方法的流程图；
[0046]
图2为本发明实施例中的扇形固定式插板示意图；
[0047]
图3为本发明实施例所提供的压缩系统压力畸变敏感系数确定方法中的特性及工作线；
[0048]
图4为带cdfs的压气机结构示意图。
具体实施方式
[0049]
下面结合附图与实施例对本发明作进一步的详细说明，但应当说明的是，这些实施方式并非对本发明的限制，本领域普通技术人员根据这些实施方式所作的功能、方法、或者结构上的等效变换或替代，均属于本发明的保护范围之内。
[0050]
在本发明实施例的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明创造和简化描述，而不是指示或暗示所指的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，因此不能理解为对本发明创造的限制。
[0051]
此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征
可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明创造的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
[0052]
术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，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，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明创造中的具体含义。
[0053]
如图1-3所示，本发明实施例提供了一种压缩系统压力畸变敏感系数确定方法，所述压缩系统包括核心机驱动风扇和压气机，所述方法包括如下步骤：
[0054]
s1：对畸变发生装置进行设计；
[0055]
s2：将核心机驱动风扇和压气机置于压缩系统中，分别获取压缩系统、压缩系统中的核心机驱动风扇以及压缩系统中的压气机的气动性能参数；
[0056]
s3：通过s2获取的气动性能参数分别进行压缩系统、核心机驱动风扇和压气机的敏感系数的计算。
[0057]
在部分实施例中，所述s1中的畸变发生装置为扇形插板结构。
[0058]
在部分实施例中，所述扇形插板结构的扇形角度θ为150
°‑
180
°
；所述扇形插板厚度为10-20mm；所述扇形插板的插入深度l为0.1d-0.5d,其中，d为压缩系统进气通道的直径。为了满足试验中不同进气畸变强度的要求，插入深度以0.1d为间隔阈值进行多个取值。
[0059]
在部分实施例中，所述插板在试验过程中安装在核心机驱动风扇进口上游2d-3d处。
[0060]
在部分实施例中，所述压缩系统的气动性能获取步骤如下：
[0061]
a)保持原始调节规律不变，所述调节规律包括cdfs进口导叶角度β
cf0
、压气机进口导叶角度β
c0
及涵道比b0；
[0062]
b)开展均匀流试验，测压缩系统的气动性能参数；
[0063]
c)将畸变发生装置插入进气通道后，开展畸变流试验，测得压缩系统的流量压比特性和压缩系统进口的综合畸变指数
[0064]
在部分实施例中，在均匀流试验中，测量压缩系统的气动性能参数时，每条特性线不小于6点，并确保能够组成一条完整的特性线。
[0065]
在部分实施例中，所述压缩系统中核心机驱动风扇的气动性能获取步骤如下：
[0066]
a：保持原始调节规律不变，开展均匀流试验，测量核心机驱动风扇的流量压比特性；
[0067]
b：在喘点参数测量过程中，若压气机首先失稳，则关小压气机进口导叶角度0.5
°
，同时减小0.1b0的涵道比；
[0068]
c：重复步骤b)直到出现核心机驱动风扇首先失稳，记录此时压气机进口导叶角度β
c1
和涵道比b1，并测取喘点参数；
[0069]
d：若导叶角度和涵道比达到限制边界时仍为压气机首先失稳，则表明在该系统中核心机驱动风扇的压力畸变敏感系数为零，且不再开展畸变流试验；
[0070]
e：保持β
cf0
、β
c1
、b1的调节规律不变，开展畸变流试验，测量核心机驱动风扇的流量压比特性和核心机驱动风扇进口的综合畸变指数
[0071]
在部分实施例中，所述压缩系统中压气机的气动性能获取步骤如下：
[0072]
a)保持原始调节规律不变，开展均匀流试验，测量压气机的流量压比特性；
[0073]
b)在喘点参数测量过程中，若核心机驱动风扇首先失稳，则关小核心机驱动风扇进口导叶角度0.5
°
，同时增大0.1b0的涵道比；
[0074]
c)重复步骤b)直到出现压气机首先失稳，记录此时核心机驱动风扇进口导叶角度β
cf1
和涵道比b2，并测取喘点参数；
[0075]
d)若导叶角度和涵道比达到限制边界时仍为核心机驱动风扇首先失稳，则表明在该系统中压气机的压力畸变敏感系数为零，且不再开展畸变流试验；
[0076]
e)保持β
cf0
、β
cf1
、b2的调节规律不变，开展畸变流试验，测量压气机的流量压比特性和压气机进口的综合畸变指数
[0077]
在上述实施例中的畸变流试验中，在测取喘点参数时，为分别获取cdfs与压气机的喘点流量和压比，及对应的进口综合畸变指数，需分别使cdfs与压气机成为首发失稳部件。因此，需通过特定的措施改变cdfs与压气机的匹配，所诉措施包含改变cdfs进口导叶角度、压气机进口导叶角度、涵道比。
[0078]
在部分实施例中，压力畸变敏感系数是用来表征压缩系统抗进气压力畸变能力的一项重要指标。本发明所述压缩系统的压力畸变敏感系数包含3项参数：压缩系统的总压力畸变敏感系数αz、cdfs的压力畸变敏感系数α
cf
、压气机的压力畸变敏感系数αc。计算这3项参数需要的数据包括：进口综合畸变指数、均匀流特性、畸变流特性、工作线。其中，进口综合畸变指数、均匀流特性、畸变流特性由上述试验获取。工作线由发动机性能匹配得到，本发明不再叙述。本发明所述工作点为工作线与特性线的交点。均匀流、畸变流特性及工作线示意图见图3，横坐标wc表示换算流量，纵坐标π表示总压比，
①
均匀流特性喘点
②
均匀流工作点
③
畸变流特性喘点
④
畸变流工作点。
[0079]
所述s3中压力畸变敏感系数的计算步骤如下：
[0080]
s3.1：计算均匀进气条件下的稳定裕度sm
uni[0081]
sm
uni
＝(π1/w
c1
)/(π2/w
c2
)-1
[0082]
其中，π1为均匀流特性喘点压比，w
c1
为均匀流特性喘点换算流量；π2为均匀流工作点压比，w
c2
为均匀流工作点换算流量；
[0083]
s3.2：计算畸变进气条件下的稳定裕度sm
uni
[0084]
sm
dis
＝(π3/w
c3
)/(π4/w
c4
)-1
[0085]
其中，π3为畸变流特性喘点压比，w
c3
为畸变流特性喘点换算流量，π4为畸变流工作点压比，w
c4
为畸变流工作点换算流量；
[0086]
s3.3：计算压力畸变敏感系数α
[0087][0088]
其中，为进口综合畸变指数。
[0089]
在上述实施例中，在计算压缩系统的压力机变敏感系数αz时，sm
uni
和sm
dis
由压缩系统工作线与特性分别按s3.1和s3.2计算得到，对应的为cdfs进口综合畸变指数在计算cdfs的压力畸变敏感系数α
cf
时，sm
uni
和sm
dis
由cdfs工作线与特性分别按s3.1和s3.1
计算得到，对应的为cdfs进口综合畸变指数在计算压气机的压力畸变敏感系数αc时，sm
uni
和sm
dis
由压气机工作线与特性分别按s3.1和s3.1计算得到，对应的为压气机进口综合畸变指数
[0090]
以上所述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。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

技术特征：

1.一种压缩系统压力畸变敏感系数确定方法，其特征在于，所述压缩系统包括核心机驱动风扇和压气机，所述方法包括如下步骤：s1：对畸变发生装置进行设计；s2：将核心机驱动风扇和压气机置于压缩系统中，分别获取压缩系统、压缩系统中的核心机驱动风扇以及压缩系统中的压气机的气动性能参数；s3：通过s2获取的气动性能参数分别进行压缩系统、核心机驱动风扇和压气机的敏感系数的计算。2.根据权利要求1所述的压缩系统压力畸变敏感系数确定方法，其特征在于，所述s1中的畸变发生装置为扇形插板结构。3.根据权利要求2所述的压缩系统压力畸变敏感系数确定方法，其特征在于，所述扇形插板结构的扇形角度θ为150
°‑
180
°
；所述扇形插板厚度为10-20mm；所述扇形插板的插入深度l为0.1d-0.5d,其中，d为压缩系统进气通道的直径。4.根据权利要求3所述的压缩系统压力畸变敏感系数确定方法，其特征在于，所述插板在试验过程中安装在核心机驱动风扇进口上游2d-3d处。5.根据权利要求1所述的压缩系统压力畸变敏感系数确定方法，其特征在于，所述压缩系统的气动性能获取步骤如下：a)保持原始调节规律不变，所述调节规律包括cdfs进口导叶角度β
cf0
、压气机进口导叶角度β
c0
及涵道比b0；b)开展均匀流试验，测压缩系统的气动性能参数；c)将畸变发生装置插入进气通道后，开展畸变流试验，测得压缩系统的流量压比特性和压缩系统进口的综合畸变指数6.根据权利要求5所述的压缩系统压力畸变敏感系数确定方法，其特征在于，在均匀流试验中，测量压缩系统的气动性能参数时，每条特性线不小于6点，并确保能够组成一条完整的特性线。7.根据权利要求5所述的压缩系统压力畸变敏感系数确定方法，其特征在于，所述压缩系统中核心机驱动风扇的气动性能获取步骤如下：a：保持原始调节规律不变，开展均匀流试验，测量核心机驱动风扇的流量压比特性；b：在喘点参数测量过程中，若压气机首先失稳，则关小压气机进口导叶角度0.5
°
，同时减小0.1b0的涵道比；c：重复步骤b)直到出现核心机驱动风扇首先失稳，记录此时压气机进口导叶角度β
c1
和涵道比b1，并测取喘点参数；d：若导叶角度和涵道比达到限制边界时仍为压气机首先失稳，则表明在该系统中核心机驱动风扇的压力畸变敏感系数为零，且不再开展畸变流试验；e：保持β
cf0
、β
c1
、b1的调节规律不变，开展畸变流试验，测量核心机驱动风扇的流量压比特性和核心机驱动风扇进口的综合畸变指数8.根据权利要求7所述的压缩系统压力畸变敏感系数确定方法，其特征在于，所述压缩系统中压气机的气动性能获取步骤如下：a)保持原始调节规律不变，开展均匀流试验，测量压气机的流量压比特性；
b)在喘点参数测量过程中，若核心机驱动风扇首先失稳，则关小核心机驱动风扇进口导叶角度0.5
°
，同时增大0.1b0的涵道比；c)重复步骤b)直到出现压气机首先失稳，记录此时核心机驱动风扇进口导叶角度β
cf1
和涵道比b2，并测取喘点参数；d)若导叶角度和涵道比达到限制边界时仍为核心机驱动风扇首先失稳，则表明在该系统中压气机的压力畸变敏感系数为零，且不再开展畸变流试验；e)保持β
cf0
、β
cf1
、b2的调节规律不变，开展畸变流试验，测量压气机的流量压比特性和压气机进口的综合畸变指数9.根据权利要求1所述的压缩系统压力畸变敏感系数确定方法，其特征在于，所述s3中压力畸变敏感系数的计算步骤如下：s3.1：计算均匀进气条件下的稳定裕度sm
uni
sm
uni
＝(π1/w
c1
)/(π2/w
c2
)-1
其中，π1为均匀流特性喘点压比，w
c1
为均匀流特性喘点换算流量；π2为均匀流工作点压比，w
c2
为均匀流工作点换算流量；s3.2：计算畸变进气条件下的稳定裕度sm
uni
sm
dis
＝(π3/w
c3
)/(π4/w
c4
)-1
其中，π3为畸变流特性喘点压比，w
c3
为畸变流特性喘点换算流量，π4为畸变流工作点压比，w
c4
为畸变流工作点换算流量；s3.3：计算压力畸变敏感系数α其中，为进口综合畸变指数。

技术总结

本发明提供了一种压缩系统压力畸变敏感系数确定方法，所述压缩系统包括核心机驱动风扇和压气机，所述方法包括如下步骤：S1：对畸变发生装置进行设计；S2：将核心机驱动风扇和压气机置于压缩系统中，分别获取气动性能参数；S3：通过S2获取的气动性能参数进行敏感系数的计算。该方法考虑了CDFS与压气机失稳的先后顺序，可准确模拟压气机进口真实流场的畸变情况，获取在CDFS与压气机匹配工作环境下压缩系统和分部件的压力畸变敏感系数，解决了无法准确获取匹配工作环境下压缩系统和分部件压力畸变敏感系数的问题，并且可广泛应用于发动机/压缩部件进气压力畸变试验。机/压缩部件进气压力畸变试验。机/压缩部件进气压力畸变试验。