获得离心叶轮背腔轴向力的方法、设备、系统及存储介质与流程

1.本发明属于航空发动机用离心叶轮领域，具体涉及获得离心叶轮背腔轴向力的方法、设备、系统及存储介质。


背景技术：

2.中小航空发动机常采用离心叶轮结构，在发动机设计过程中，需对发动机转子轴向力进行评估，作为轴承设计输入数据。发动机转子轴向力可以通过计算获得，转子轴向力＝压气机叶片气动力 压气机轮盘气动力 涡轮叶片气动力 涡轮轮盘气动力，而压气机轮盘气动力包括离心叶轮背腔轴向力，离心叶轮背腔压力高，作用面积大，其轴向力在整个发动机转子中所占比重最大，离心叶轮背腔轴向力的计算准确度对整个转子轴向力计算结果精度影响很大。
3.有鉴于此，特提出本发明。


技术实现要素：

4.本发明提供了一种获得离心叶轮背腔轴向力的方法、设备、系统及存储介质，本发明能够获得比较精确的离心叶轮背腔轴向力。
5.本发明包括如下技术方案：
6.本发明第一方面提供了一种获得离心叶轮背腔轴向力的方法，所述方法包括：通过离心叶轮背腔内径r1，离心叶轮背腔外径r2，离心叶轮背腔内径处的压力p1，离心叶轮背腔外径处的压力p2，圆周率π构建公式求解离心叶轮背腔轴向力f。
7.进一步地，所述公式为：
[0008][0009]
进一步地，离心叶轮背腔出气压力p1通过下述公式获得：
[0010][0011]
其中：k为叶轮背腔旋流系数，cp为定压比热容，t2为离心叶轮背腔的进气总温，ω为离心叶轮的角速度，γ为气体比热比。
[0012]
进一步地，离心叶轮背腔的气体流向为径向内流时，k＝0.6。
[0013]
进一步地，离心叶轮背腔的气体流向为径向外流时，k＝[0.2,0.4]。
[0014]
本发明第二方面提供了一种获得离心叶轮背腔轴向力的设备，包括：
[0015]
公式存储单元，用于存储公式：
[0016]
[0017]
计算单元，用于计算所述公式；
[0018]
其中：r1为离心叶轮背腔内径，r2为离心叶轮背腔外径，p1为离心叶轮背腔内径处的压力，p2为离心叶轮背腔外径处的压力，π为圆周率。
[0019]
本发明第三方面提供了一种获得离心叶轮背腔轴向力的系统，所述系统包括处理器和存储器；所述存储器存储有代码，所述处理器被配置为获取所述代码，并执行如上述所述的方法。
[0020]
本发明第四方面提供了一种计算机存储介质，所述计算机存储介质存储有一个或多个指令，所述指令在由一个或多个计算机执行时使得所述一个或多个计算机实施上述所述的方法。
[0021]
采用上述技术方案，本发明包括如下优点：
[0022]
1、本发明能够获得比较精确的离心叶轮背腔轴向力。
[0023]
2、本发明较常规方式具有精度高，速度快的特点，适用于发动机方案阶段的多轮快速迭代、精确的评估。
[0024]
3、通过本发明获得的离心叶轮背腔轴向力能够提高转子轴向力计算精度。
附图说明
[0025]
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述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。
[0026]
图1为本发明实施例中离心叶轮的结构示意图一；
[0027]
图2位本发明实施例中离心叶轮的结构示意图二；
[0028]
附图中：10：离心叶轮，20-静子，210-隔板。
具体实施方式
[0029]
以下的说明提供了许多不同的实施例或是例子，用来实施本发明的不同特征。以下特定例子所描述的元件和排列方式，仅用来精简的表达本发明，其仅作为例子，而并非用以限制本发明。
[0030]
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地说明，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0031]
发动机转子轴向力可以通过计算获得，转子轴向力＝压气机叶片气动力 压气机轮盘气动力 涡轮叶片气动力 涡轮轮盘气动力，而压气机轮盘气动力包括离心叶轮背腔轴向力，离心叶轮背腔压力高，作用面积大，其轴向力在整个发动机转子中所占比重最大，离心叶轮背腔轴向力的计算准确度对整个转子轴向力计算结果精度影响很大。提高离心叶轮背腔轴向力计算的精确度，对于整机转子轴向力的准确评估、预测，发动机精细化设计具有极其重要的意义。
[0032]
本发明采用压力积分法得到叶轮背腔轴向力f。
[0033][0034][0035]
其中：r为离心叶轮背腔任意位置处的半径，即r∈(r1,r2)，p为离心叶轮背腔r半径处的静压，
[0036]
本实施例提供了一种获得离心叶轮背腔轴向力的方法，通过离心叶轮背腔内径r1，离心叶轮背腔外径r2，离心叶轮背腔内径处的压力p1，离心叶轮背腔外径处的压力p2，圆周率π构建公式求解离心叶轮背腔轴向力f。
[0037]
进一步地，所述公式为：
[0038][0039]
需要说明的是，如图1所示，离心叶轮背腔的内径为离心叶轮背腔的出口处的半径，离心叶轮背腔的外径外离心叶轮背腔的入口处的半径。
[0040]
需要说明的是，离心叶轮背腔内径r1，离心叶轮背腔外径r2，离心叶轮背腔外径处的压力p2，都可以直接获得。其中离心叶轮背腔内径r1、离心叶轮背腔外径r2的单位为m，离心叶轮背腔内径处的压力p1、离心叶轮背腔外径处的压力p2的单位为pa。
[0041]
进一步地，离心叶轮背腔出气压力p1通过下述公式获得：
[0042][0043]
其中：k为叶轮背腔旋流系数，cp为定压比热容，t2为离心叶轮背腔的进气总温，ω为离心叶轮的角速度，γ为气体比热比。
[0044]
常规方法通过给定压降系数得到p1离心叶轮背腔出气压力，很大依赖于个人经验，特别是针对不同流动形式的离心叶轮背腔，压降系数取值没有一套统一的衡量标准，造成叶轮背腔径向压力分布梯度误差大，这种误差累加到轴向力上降低了离心叶轮背腔轴向力计算精度。
[0045]
同时通过计算叶轮背腔平均压力乘以投影面积的形式，高半径和低半径处采用平
均腔压乘以面积的方式会导致计算结果存在较大的偏差。
[0046]
本发明引入叶轮背腔旋流系数来计算离心叶轮背腔出气压力p1，减小了误差，提高了计算离心叶轮背腔轴向力的精确度。
[0047]
旋流系数定义k＝v/rω，v为当地气流周向速度，r为离心叶轮背腔任意位置处的半径，即r∈(r1,r2)，ω为离心叶轮的角速度。
[0048]
进一步地，如图1所示，离心叶轮10与静子20之间形成离心叶轮背腔，离心叶轮背腔出口引气为径向内流形式，此时旋流系数k＝0.6。
[0049]
进一步地，如图2所示，离心叶轮10与静子20之间形成离心叶轮背腔；静子20上设置有隔板210，通过隔板210将径向外流和径
[0050]
向内流引气之间的影响分开，靠近旋转壁面(离心叶轮壁面)腔室为径向外流，科氏力起削弱气流切向速度的作用；此时k＝[0.2,0.4]。
[0051]
采用本发明方式，给定两种不同引气形式的叶轮背腔旋流系数，如表1所示，离心叶轮背腔的气体流向为径向内流时，计算得到离心叶轮背腔内径r1位置的离心叶轮背腔内径处的压力p1，与cfd计算叶轮背腔轴向力结果偏差不大于1.3％，计算精度满足工程计算需求；离心叶轮背腔的气体流向为径向外流时，计算得到离心叶轮背腔内径r1位置的离心叶轮背腔内径处的压力p1，与cfd计算叶轮背腔轴向力结果偏差不大于1.16％；计算精度满足工程计算需求。
[0052]
表1计算离心叶轮背腔内径r1处压力
[0053][0054]
采用本发明方法对某发动机叶轮背腔轴向力进行计算，如表2所示，叶轮背腔内径57.5mm，外径185mm，采用平均压力法计算得到的叶轮背腔轴向力与cfd计算叶轮背腔轴向力相差40.9kgf。采用压力积分法计算得到的叶轮背腔轴向力-2437.1kgf，与cfd计算计算叶轮背腔轴向力相差-23.6kgf，较平均压力法进一步提高了计算精度，可有效提高叶轮背腔轴向力计算精度。
[0055]
表2计算结果对比
[0056][0057]
本实施例还提供了一种获得离心叶轮背腔轴向力的设备，包括：
[0058]
公式存储单元，用于存储公式：
[0059][0060]
计算单元，用于计算所述公式；
[0061]
其中：r1为离心叶轮背腔内径，r2为离心叶轮背腔外径，p1为离心叶轮背腔内径处的压力，p2为离心叶轮背腔外径处的压力，π为圆周率。
[0062]
本实施例还提供了一种获得离心叶轮背腔轴向力的系统，所述系统包括处理器和存储器；所述存储器存储有代码，所述处理器被配置为获取所述代码，并执行上述所述的方法。
[0063]
本实施例还提供了一种计算机存储介质，所述计算机存储介质存储有一个或多个指令，所述指令在由一个或多个计算机执行时使得所述一个或多个计算机实施上述所述的方法。
[0064]
关于上述实施例中的设备、系统和计算机存储介质，其中各个部分执行操作的具体方式和技术效果已经在有关该方法的实施例中进行了详细描述，此处将不做详细阐述说明。
[0065]
合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(ram)、内存、只读存储器(rom)、电可编程rom、电可擦除可编程rom、寄存器、硬盘、可移动磁盘、cd-rom、或技术领域内所公知的任意其它形式的可读存储介质。
[0066]
尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。