一种变循环压缩系统试验匹配特性建模方法与流程

1.本技术属于航空发动机技术领域，特别涉及一种变循环压缩系统试验匹配特性建模方法。


背景技术：

2.自适应变循环发动机工作模式多、特性复杂，其压缩部件可以包括三涵道自适应风扇和变循环双涵道压气机。为了适应发动机整机的多工作模式需求，与常规风扇或压气机相比，自适应变循环发动机的压缩系统或部件的气动和结构都发生了较大的变化。
3.如图1所示的典型自适应三涵道风扇示意图，该自适应三涵道风扇10依次包括可调叶片11、风扇前转子12、风扇前静子13、风扇后转子14及风扇后静子16，在风扇前静子13和风扇后转子14之间具有管道，该管道形成第三涵道19，在风扇后静子16后设置分流环17，分流环17将风扇主流道分为内涵道16和外涵道18，从而形成三涵道结构。
4.如图2所示的典型变循环双涵道压气机示意图，该变循环双涵道压气机20依次包括可调叶片21、核心机驱动风扇转子22、核心机驱动风扇静子23、压气机转子24及压气机静子25，核心机驱动风扇静子23与压气机转子24之间具有管道，该管道形成前涵道27，压气机静子25后侧为压气机出口26，形成后涵道。
5.如图3所示实施例的第三涵道环境背压对自适应风扇性能的影响示意图，正是由于自适应风扇/压气机性能与第三涵道/前涵道气动环境具有强耦合的特点，使得其在不同的匹配状态下，风扇或压气机性能在较宽范围内发生变化，给自适应风扇、变循环压气机的性能优化，特别是在发动机整机中对各部件的匹配与使用带来了较大的技术难题。当前，由于自适应压缩系统受涵道特征影响大，部件试验往往针对少量涵道状态，开展气动性能试验测量，主要还是用于验证仿真计算，缺少有效手段通过部件试验，直接建立起一种基于部件试验数据能够有效支撑整机工作环境下部件性能匹配的方法。


技术实现要素：

6.本技术的目的是提供了一种变循环压缩系统试验匹配特性建模方法，以解决或减轻背景技术中的至少一个问题。
7.本技术的技术方案是：一种变循环压缩系统试验匹配特性建模方法，包括：
8.建立变循环压缩系统的气动性能面域特征图，所述气动性能面域特征图的横坐标为变循环压缩系统的换算流量，纵坐标为自适应三涵道风扇的第三涵道或变循环压气机的前涵道的特征参数，所述特征参数为涵道比或无量纲涵道背压；
9.在所述变循环压缩系统气动性能面域特征图中提取出关键要素曲线；
10.在所述气动性能面域特征图中确定需要分析的涵道比或涵道无量纲背压范围；
11.在所述涵道比或涵道无量纲背压范围内，沿着特征参数固定条件下提取若干条的涵道比或无量纲背压不变时从堵点至喘点的压气机或风扇气动性能特性曲线；
12.提取每条压气机或风扇气动性能特性曲线的工作点特性参数、喘点特性参数以及
喘振裕度；
13.分别建立工作点特性参数、喘点特性参数以及喘振裕度随着涵道比或涵道无量纲背压的变化曲线，并拟合成模型得到变循环压缩系统相匹配的气动性能特性曲线。
14.进一步的，关键要素曲线包括工作线、最高效率线或最高压比线及喘振边界线。
15.进一步的，提取的压气机或风扇气动性能特性曲线不少于4条。
16.进一步的，所述工作点特性参数和喘点特性参数包括压比、流量、效率。
17.进一步的，拟合过程采用二次关系式：f＝m(b)2 n(b) p
18.式中，f是压缩系统特性参数，b是涵道比或无量纲背压，m、n、p是系数，其随着试验对象以及转速状态不同而变化。
19.本技术的方法可以建立基于部件试验数据的涵道变量对自适应压缩系统气动性能影响的模型，从而量化评估压缩系统工作点、喘振等关键状态的性能参数随涵道比等特征变量的变化规律，从而有效指导在航空发动机整机条件下对该部件的匹配调节和使用。
附图说明
20.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。
21.图1为自适应三涵道风扇结构示意图。
22.图2为变循环双涵道压气机结构示意图。
23.图3为一实施例的第三涵道环境背压对自适应三涵道风扇性能的影响示意图。
24.图4为本技术中的变循环压缩系统试验匹配特性建模方法流程图。
25.图5为本技术一实施例建立的气动性能面域特征示意图。
26.图6为本技术一实施例中沿着固定涵道特征变量提取的压缩系统特性曲线。
具体实施方式
27.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。
28.针对当前部件试验数据对整机工作环境下部件性能匹配支撑力度若的问题，本技术中提供了一种基于部件试验数据驱动的变循环压气系统试验匹配特性的建模方法，解决自适应压缩系统在整机工作环境下的匹配难题。
29.如图4所示，本技术提供的基于试验性能开展自适应压缩系统匹配特性建模方法包括如下步骤：
30.s1、通过试验的方法，建立表征自适应变循环压缩系统气动性能的面域特征图从而形成自适应变循环压缩系统气动性能面域30，如图5所示，该气动性能面域特征图的横坐标为自适应变循环压缩系统的换算流量m，纵坐标为自适应三涵道风扇的第三涵道或变循环压气机的前涵道的特征参数——涵道比或无量纲涵道背压b。
31.s2、在气动性能面域特征图中提取出关键要素曲线，如图5所示，该关键要素曲线包括工作线31、最高效率线/最高压比线32及喘振边界线33；
32.s3、在面域特征图中确定需要重点分析的涵道比或涵道无量纲背压范围，如图5所示，该面域特征图中重点分析的涵道比或涵道无量纲背压范围为纵坐标固定涵道特征变量
曲线34与曲线35之间的范围。
33.s4、在确定的涵道比或涵道的无量纲背压范围内，沿着固定涵道特征变量条件提取不少于4条的涵道比或无量纲背压不变时从堵点至喘点的压气机或风扇气动性能特性曲线，其中，提取每条压气机或风扇气动性能特性曲线时的涵道比或无量纲背压尽可能均匀的覆盖所关心的参数范围。如图5所示，图中固定涵道特征变量曲线36即为提取的一条压气机或风扇气动性能特性曲线，而图6所示为通过上述过程提取转换的多条压气机或风扇气动性能特性曲线。
34.s5、提取每条压气机或风扇气动性能特性曲线的工作点特性参数(压比、流量、效率)、喘点特性参数(压比、流量、效率)以及喘振裕度等；
35.s6、分别建立工作点特性参数(压比、流量、效率)、喘点特性参数(压比、流量、效率)以及喘振裕度随着涵道比或涵道的无量纲背压的变化曲线，并拟合成模型，其中，该拟合过程采用二次关系式：
36.f＝m(b)2 n(b) p
37.式中，f是压缩系统特性参数，例如：工作点特性(压比、流量、效率)、喘点特性(压比、流量、效率)或喘振裕度；b是涵道比或无量纲背压；m、n、p是系数，其随着试验对象以及转速状态不同而变化。
38.s7、分析模型合理性，例如可以增加提取的特性线数量检查模型规律的变化，如不满足分析需求可重复步骤s2-步骤s6。
39.本技术的方法可以建立基于部件试验数据的涵道变量对自适应压缩系统气动性能影响的模型，从而量化评估压缩系统工作点、喘振等关键状态的性能参数随涵道比等特征变量的变化规律，从而有效指导在航空发动机整机条件下对该部件的匹配调节和使用。
40.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。