一种基于核心机的发动机起动供油规律设计方法与流程

1.本技术属于发动机供油设计领域，特别涉及一种基于核心机的发动机起动供油规律设计方法。


背景技术：

2.核心机是发动机最重要的组成部分，包括了发动机系统中最高温度、最大压力和最高转速的组件和系统。因此，核心机研制也是发动机研制过程中最重要的环节；研制过程中一般在完成充分的核心机试验验证后，开展发动机试验工作。
3.起动是核心机或者发动机试验过程中最先开始的阶段。目前，过渡态仿真计算精度有限，无法满足工程应用，因此核心机或者发动机起动过程一般是分别通过反复调试来满足试验使用要求，而并未借鉴核心机试验中积累的起动供油经验。
4.现有技术方案是分别进行核心机和发动机起动调试试验，通过反复调试来满足试验使用要求。该方法存在的问题较多，主要问题如下：一是试验风险高。发动机起动过程十分复杂，起动油量偏低会出现冷悬挂导致起动失败，起动油量偏高会出现超温导致涡轮烧蚀故障，这些故障往往是无法恢复的，大大增加了试验风险。二是试验效率低。要达到满意的起动过程，需要花费大量的时间进行起动调试试验，并且影响了其它试验项目的进行，降低了试验效率。二是试验成本高。花费大量的时间进行起动调试试验必然会增加能源消耗成本和人员成本，增加了试验成本。
5.因此，如何提高发动机的试验效率、减少试验风险是一个需要解决的问题。


技术实现要素：

6.本技术的目的是提供了一种基于核心机的发动机起动供油规律设计方法，以解决现有技术中现有的发动机进行起动试验时，试验风险高、试验效率低、试验成本高的问题。
7.本技术的技术方案是：一种基于核心机的发动机起动供油规律设计方法，包括：进行核心机起动调试试验，获取核心机起动供油功率，建立起动供油w
′
fac
与压气机出口压力p
′3比和高压转子换算转速n
′r的关系f1(n
′r)；获取发动机的压气机进口温度t
25
与低压换算转速n
1r
的关系f2(n
1r
)；根据核心机起动供油规律确定发动机起动供油规律设计准则，获取发动机起动供油规律w
fac
/p3和高压转子换算转速n'r与压气机进口换算转速n
2r25
的关系式；获取高压转子换算转速n'r和发动机高压压气机转子换算转速n
2r
的关系式f7(n
2r
)；根据高压转子换算转速n'r与发动机高压压气机转子换算转速n
2r
的关系式，获取发动机起动供油规律w
fac
/p3和核心机起动供油规律w
′
fac
/p
′3的关系式；获得发动机起动供油规律。
8.优选地，所述发动机压气机进口温度t
25
与低压换算转速n
1r
的计算方法为：
9.按低压转子换算转速n
1r
每隔5％的步长计算发动机节流特性；根据发动机节流特性计算结果，获得发动机压气机进口温度t
25
与低压换算转速n
1r
关系，具体为：
10.t
25
/t1＝f2(n
1r
)
11.其中，t1为发动机进口温度；通过发动机节流特性计算后，得到：
[0012][0013]
优选地，所述高压转子换算转速n
′r与压气机进口换算转速n
2r25
的关系式为：
[0014][0015]
其中，t
25designpoint
为设计点压气机进口温度；所述发动机起动供油规律为：
[0016]w′
fac
/w
′3＝f6(n
′r)＝＝w
fac
/w3＝f6(n
2r25
)。
[0017][0018]
优选地，所述高压转子换算转速n
′r和发动机高压压气机转子换算转速n
2r
的关系式为：
[0019][0020]
其中，t1为发动机进口温度。
[0021]
优选地，所述发动机起动供油规律w
fac
/p3和核心机起动供油规律w
′
fac
/p3′
的对应关系为：其中，t1为发动机进口温度。
[0022]
优选地，所述发动机的起动供油规律为：
[0023]
当发动机处于起动过程低转速状态时，则：
[0024]wfac
/p3＝f1(f7(n
2r
))
[0025]
当发动机处于起动过程高转速状态时，则：
[0026]wfac
/p3＝f1(f7(n
2r
))
×
(f2(n
1r
))
0.5
。
[0027][0028]
本技术的一种基于核心机的发动机起动供油规律设计方法，通过利用成熟的核心机起动供油规律，找到建立起动供油与压气机出口压力比和高压转子换算转速n
′r的关系，通过稳态计算获得发动机的压气机进口温度与低压换算转速的关系，再通过核心机起动供油规律获得发动机起动供油规律设计准则，建立与压气机进口换算转速的关系，而后通过发动机试车找到高压转子换算转速与压气机进口换算转速的关系，从而找到发动机起动供油规律与核心机起动供油规律的关系，并建立发动机起动供油规律；降低了试验风险、提高了试验效率，降低了试验成本。
附图说明
[0029]
为了更清楚地说明本技术提供的技术方案，下面将对附图作简单地介绍。显而易
见地，下面描述的附图仅仅是本技术的一些实施例。
[0030]
图1为本技术整体流程示意图；
[0031]
图2为本技术核心机起动供油规律示意图；
[0032]
图3为本技术发动机的压气机进口温度与低压换算转速关系示意图。
具体实施方式
[0033]
为使本技术实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行更加详细的描述。
[0034]
一种基于核心机的发动机起动供油规律设计方法，在核心机成熟起动供油规律的基础上，考虑增加低压部件后的发动机和核心机的气动匹配关系，确定基于核心机的发动机起动供油规律。
[0035]
在实际工程应用中，核心机或发动机的起动模式分为开环起动模式和闭环起动模式，对于新研发动机，为了保证试验安全，一般选择开环起动模式；因此，本方法主要针对开环起动模式进行供油规律设计，相关参数定义见表1。
[0036]
表1参数定义
[0037][0038][0039]
如图1所示，具体步骤包括：
[0040]
步骤s100，进行核心机起动调试试验，获取核心机起动供油功率，建立起动供油w
′
fac
与压气机出口压力p3′
比和高压转子换算转速n
′r的关系f1(n
′r)；
[0041]
如图2所示，核心机起动一般在常温常压条件下进行，核心机起动供油规律表示为
起动供油w
′
fac
与压气机出口压力p3′
比和高压转子换算转速n
′r的关系，见公式(1)。
[0042]w′
fac
/p
′3＝f1(n
′r)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
[0043]
海平面标准大气条件(温度)的起动供油规律示意图见图1。
[0044]
步骤s200，获取发动机的压气机进口温度t
25
与低压换算转速n
1r
的关系f2(n
1r
)；
[0045]
如图3所示，通过稳态计算程序，在海平面标准大气条件下，按低压转子换算转速n
1r
每隔5％的步长计算发动机节流特性。根据发动机节流特性计算结果，获得发动机压气机进口温度与低压换算转速关系，具体为：
[0046]
t
25
/t1＝f2(n
1r
)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)
[0047]
通过发动机节流特性计算后，得到：
[0048][0049]
步骤s300，根据核心机起动供油规律确定发动机起动供油规律设计准则，获取发动机起动供油规律w
fac
/p3和高压转子换算转速n
′r与压气机进口换算转速n
2r25
的关系式；
[0050]
在成熟核心机起动供油规律的基础上，发动机起动供油规律的设计方法是在起动过程，同一个换算转速下，共同工作点、主燃烧室油气比等参数保证和核心机一致，从而获得发动机起动供油规律w
fac
/p3和高压转子换算转速n
′r与压气机进口换算转速n
2r25
的关系式，具体为：
[0051][0052]w′
2r25
＝f3(n
′r)＝＝w
2r25
＝f3(n
2r25
)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(5)
[0053]
π
′c＝f4(n
′r)＝＝πc＝f4(n
2r25
)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(6)
[0054]w′
2r25
＝f5(n
′r)
×
π
′c＝＝w
2r25
＝f5(n
2r25
)
×
πcꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(7)
[0055]
发动机起动供油规律为：
[0056]w′
fac
/w3＝f6(n
′r)＝＝w
fac
/w3＝f6(n
2r25
)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(8)。
[0057][0058]
步骤s400，获取高压转子换算转速n
′r和发动机高压压气机转子换算转速n
2r
的关系式f7(n
2r
)；
[0059]
由于压气机进口总温t
25
存在响应常数，发动机试车过程中一般选取高压压气机转子换算转速n
2r
代替压气机进口换算转速n
2r25
作为控制参数，具体为：
[0060]n′r＝n
2r25
＝f7(n
2r
)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(9)
[0061][0062]
步骤s500，根据高压转子换算转速n
′r与发动机高压压气机转子换算转速n
2r
的关
系式，获取发动机起动供油规律w
fac
/p3和核心机起动供油规律w
′
fac
/p3′
的关系式；
[0063]
发动机起动供油规律的设计方法是在起动过程相同换算转速下，主燃烧室油气比保证和核心机一致，详情见公式(8)。在相同引气比例的条件下可以转换到压气进口物理质量流量，发动机与核心机的起动供油规律关系式计算方法为：
[0064]wfac
/(w
25
×
x
bleed
)＝w
′
fac
/(w
′
25
×
x
′
bleed
)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(11)
[0065]
将压气机进口物理质量流量转换到压气机进口换算流量，得到：
[0066][0067]
代入公式(7)，转换为：
[0068][0069]
提取供油规律参数w
fac
/p3，得到发动机起动供油规律和核心机起动供油规律的关系，为：
[0070][0071][0072]
步骤s600，获得发动机起动供油规律。
[0073]
当发动机处于起动过程低转速状态(n
2r
≤35％)，压气机进口温度t
25
和发动机进口温度t1基本一致，对公式(1)、(9)和(15)进行整理合并，获得起动供油规律，详情见公式(16)：
[0074]wfac
/p3＝f1(f7(n
2r
))
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(16)
[0075]
当发动机处于起动过程高转速状态(n
2r
＞35％)，压气机进口温度t
25
和发动机进口温度t1的关系无法忽略，对公式(1)、(2)、(9)和(15)进行整理合并，获得起动供油规律，详情见公式(17)：
[0076]wfac
/p3＝f1(f7(n
2r
))
×
(f2(n
lr
))
0.5
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(17)。
[0077][0078]
在进行航空发动机起动供油规律设计时，通过利用成熟的核心机起动供油规律，找到建立起动供油与压气机出口压力比和高压转子换算转速n
′r的关系，通过稳态计算获得发动机的压气机进口温度与低压换算转速的关系，再通过核心机起动供油规律获得发动机起动供油规律设计准则，建立与压气机进口换算转速的关系，而后通过发动机试车找到高压转子换算转速与压气机进口换算转速的关系，从而找到发动机起动供油规律与核心机起动供油规律的关系，并建立发动机起动供油规律。
[0079]
具有如下优点：
[0080]
1)降低试验风险。本方法是基于核心机试验起动供油规律的基础上确定发动机起动供油规律，保证了在起动过程中，发动机的压气机和主燃烧室部件与核心机具有相似的
工作状态，降低了发动机起动试验风险；
[0081]
2)提高试验效率。与原有试验方法对比，由于不需要进行反复调试，按步骤仅需要一次即可完成，可以减少起动调试次数，提高试验效率；
[0082]
3)降低试验成本。本方法减少起动调试次数，减少了人力成本和能源消耗成本，大大降低了试验成本。
[0083]
以上所述，仅为本技术的具体实施方式，但本技术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技术揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本技术的保护范围之内。因此，本技术的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。