一种航空发动机空气流量测点布局方法与流程

1.本发明属于航空发动机试验领域，具体涉及一种航空发动机空气流量测点布局方法。


背景技术：

2.航空发动机空气流量是发动机的重要性能参数，其测量的准确性对航空发动机的设计具有重要的意义。目前行业内普遍使用空气流量管测量发动机进气流量，试验时通过测量流量管内总压、静压、总温、附面层压力(厚度)及流量管面积计算空气流量。
3.空气流量是一个典型的间接测量参数，需测量的参数较多，影响其测量精度的因素也非常多。目前空气流量测量装置(即空气流量管)，测量位置上布局差异大，缺乏最优布局设计，影响空气流量测量精度和结果的一致性。


技术实现要素：

4.针对目前空气流量测量装置(即空气流量管)，测量位置上布局差异大，缺乏最优布局设计，影响空气流量测量精度和结果一致性的问题。本发明提出了一种航空发动机空气流量测量装置测点布局方法。
5.本发明的目的在于提供一种航空发动机空气流量测点布局方法，所述方法包括如下步骤：
6.s1：通过流场仿真，获取空气流量管的总压场、静压场和温度场；
7.s2：根据s1获取的静压场，选择静压场均匀的轴向位置对测量耙进行布局；
8.s3：根据s1获取的温度场的分布，对测量耙在流量管周向上的分布进行布局；
9.s4：根据s1获取的温度场、总压场和等流量原理，对测量耙上的测点做径向布局；
10.s5：将测量耙设置在s2-s4所获取的位置上，获取空气流量管内受到测量耙影响后的静压场；
11.s6：根据s5获取的受到测量耙影响后的静压场，确定流量管上游静压测点的位置；
12.s7：在空气流量管出口处设置仿真发动机转子，获取空气流量管内受到转子旋流影响后的静压场；
13.s8：根据s7获取的受到转子旋流影响后的静压场，确定流量管下游静压测点的位置。
14.本发明所提供的航空发动机空气流量测点布局方法，还具有这样的特征，所述s3中测量耙设置在温度场不均匀的周向区域内，所述多个测量耙周向等间距均布。
15.本发明所提供的航空发动机空气流量测点布局方法，还具有这样的特征，所述s4包括如下步骤：
16.s4.1：根据总压场和等流量原理，计算总压测点的径向布局；
17.s4.2：根据温度场所反应的温度径向畸变情况，计算总温测点的径向布局；
18.s4.3：根据s4.1和s4.2获取的总压测点和总温测点的布局确定测量耙上的总温总
压复合测点的布局。
19.本发明所提供的航空发动机空气流量测点布局方法，还具有这样的特征，所述s4.1包括如下步骤：
20.s4.1.1：根据流场仿真结果计算环面流量与半径增量之间的关系，在流量增量最大处布置一个总压测点，其中，流量增量最大处的径向位置：
[0021][0022]
其中，r1为流量增量最大处的半径，
[0023]
s4.1.2：根据总压测点的最小间距及流量增大最大处的径向位置至壁面的间距，确定近壁面测点的数量及间距，
[0024]
其中，近壁面等间距测点数量n
p_b
为：
[0025][0026]
其中，r
p_b_min
为总压测点最小间距，fix表示向零取整，近壁面总压测点间距r
p_b
为：
[0027][0028]
本发明所提供的航空发动机空气流量测点布局方法，还具有这样的特征，所述s4.2包括：主流区总压测点数量n
p_z
不少于3点，主流区总压测点径向位置按照等环面积的方法进行确定，具体为：将直径为(d
in-2r1)的圆按面积等分为n
p_z
份，将测点布置在等分线上。
[0029]
本发明所提供的航空发动机空气流量测点布局方法，还具有这样的特征，所述s4.3包括：将距离最近的总温测点和总压测点合并，合并至该总压测点处组合为总温总压复合测点。
[0030]
本发明所提供的航空发动机空气流量测点布局方法，还具有这样的特征，s6中，所述流量管上游静压测点设置在受到测量耙影响后的静压场中静压均匀的截面上，所述流量管上游静压测点所在截面的静压与总压测量截面平均静压差不大于0.07％。
[0031]
本发明所提供的航空发动机空气流量测点布局方法，还具有这样的特征，所述s6还包括对流量管上游静压测点的周向进行布局，所述流量管上游静压测点共设有9个测点，其中第一测点到第八测点周向均布，静压测点相位为：
[0032]
αi＝α1 45
×
(i-1)
[0033]
其中：αi为第i点的相位，α1为第1点的相位。
[0034]
将测量耙映射到静压测量截面，统计静压测点与最近受感部夹角的平方和w
α-β
，
[0035][0036]
在0到45度范围内，计算w
α-β
的值，当w
α-β
取最大值时，即为第1静压点的相位。
[0037]
本发明所提供的航空发动机空气流量测点布局方法，还具有这样的特征，s8中所述流量管下游静压测点设置在受到转子旋流影响后的静压场中静压均匀的截面上，所述流
量管下游静压测点所在截面的静压与发动机进口截面平均静压差不大于0.25％。
[0038]
本发明所提供的航空发动机空气流量测点布局方法，还具有这样的特征，所述流量管下游静压测点的周向布局与所述流量管上游静压测点的周向布局相同。
[0039]
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果
[0040]
本发明提出了一种航空发动机空气流量测量装置测点布局方法，在给定流场和测试资源条件下，提出了总温、总压复合受感部测点布局算法，提高了空气流量的准确性测量和结果的一致性。
附图说明：
[0041]
为了更清楚地说明本发明的技术方案，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发明的一些实施例，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他的附图。
[0042]
图1为本发明所提供的航空发动机空气流量测点布局结构示意图。
具体实施方式
[0043]
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，以下实施例结合附图对本发明所提供的布局方法作具体阐述。
[0044]
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。
[0045]
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。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。
[0046]
如图1所示，图中的m截面为总温总压测量耙安装截面，k3截面为上游静压测点布置截面，k5截面为下游静压测点布置截面，本发明实施例提供了一种航空发动机空气流量测点布局方法，所述方法包括如下步骤：
[0047]
s1：通过流场仿真，获取空气流量管的总压场、静压场和温度场；
[0048]
s2：根据s1获取的静压场，选择静压场均匀的轴向位置对测量耙进行布局；静压场均匀指的是非静压场突变位置；
[0049]
s3：根据s1获取的温度场的分布，对测量耙在流量管周向上的分布进行布局；
[0050]
s4：根据s1获取的温度场、总压场和等流量原理，对测量耙上的测点做径向布局；
[0051]
s5：将测量耙设置在s2-s4所获取的位置上，获取空气流量管内受到测量耙影响后的静压场；
[0052]
s6：根据s5获取的受到测量耙影响后的静压场，确定流量管上游静压测点的位置；
[0053]
s7：在空气流量管出口处设置仿真发动机转子，获取空气流量管内受到转子旋流影响后的静压场；
[0054]
s8：根据s7获取的受到转子旋流影响后的静压场，确定流量管下游静压测点的位置。若测量耙轴向位置靠近影响后的静压场的静压突变点，则对其进行修正。
[0055]
在部分实施例中，所述s3中测量耙设置在温度场不均匀的周向区域内，所述多个测量耙周向等间距均布。
[0056]
在部分实施例中，所述s4包括如下步骤：
[0057]
s4.1：根据总压场和等流量原理，计算总压测点的径向布局；
[0058]
s4.2：根据温度场所反应的温度径向畸变情况，计算总温测点的径向布局；
[0059]
s4.3：根据s4.1和s4.2获取的总压测点和总温测点的布局确定测量耙上的总温总压复合测点的布局，即m截面。
[0060]
在部分实施例中，所述s4.1包括如下步骤：
[0061]
s4.1.1：根据流场仿真结果计算环面流量与半径增量之间的关系，在流量增量最大处布置一个总压测点，其中，流量增量最大处的径向位置：
[0062][0063]
其中，r1为流量增量最大处的半径，
[0064]
s4.1.2：根据总压测点的最小间距及流量增大最大处的径向位置至壁面的间距，确定近壁面测点的数量及间距，
[0065]
其中，近壁面等间距测点数量n
p_b
为：
[0066][0067]
其中，r
p_b_min
为总压测点最小间距，fix表示向零取整，
[0068]
近壁面总压测点间距r
p_b
为：
[0069][0070]
在部分实施例中，所述s4.2中，主流区总压测点数量n
p_z
不少于3点，主流区总压测点径向位置按照等环面积的方法进行确定，具体为：将直径为(d
in-2r1)的圆按面积等分为n
p_z
份，将测点布置在等分线上。
[0071]
在部分实施例中，所述s4.3包括：将距离最近的总温测点和总压测点合并，合并至该总压测点处组合为总温总压复合测点。
[0072]
在部分实施例中，s6中，所述流量管上游静压测点设置在受到测量耙影响后的静压场中静压均匀的截面k3截面上，所述流量管上游静压测点所在截面的静压与总压测量截面平均静压差不大于0.07％。
[0073]
在部分实施例中，所述s6还包括对流量管上游静压测点的周向进行布局，所述流量管上游静压测点共设有8个测点，其中第一测点到第八测点周向均布，静压测点相位为：
[0074]
αi＝α1 45
×
(i-1)
[0075]
其中：αi为第i点的相位，α1为第1点的相位。
[0076]
将测量耙映射到静压测量截面，统计静压测点与最近受感部夹角的平方和w
α-β
，
[0077][0078]
遍历α1在w
α-β
取最大值时，在0到45度范围内，计算w
α-β
的值，当w
α-β
取最大值时，即为第1静压点的相位。
[0079]
在部分实施例中，，s8中所述流量管下游静压测点设置在受到转子旋流影响后的静压场中静压均匀的截面k5截面上，所述流量管下游静压测点所在截面的静压与发动机进口截面平均静压差不大于0.25％。
[0080]
在部分实施例中，所述流量管下游静压测点的周向布局与所述流量管上游静压测点的周向布局相同。
[0081]
以上，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。