吸雨工況下的渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)性能仿真平臺(tái)優(yōu)化方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及航空發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)領(lǐng)域，尤其涉及一種吸雨工況下的潤扇發(fā)動(dòng)機(jī)性能仿 真平臺(tái)優(yōu)化方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 飛機(jī)在飛行途中由于氣象條件的變化，導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)口可能吸入大量的雨水。該 將會(huì)改變壓氣機(jī)、燃燒室、潤輪和噴管的工作狀態(tài)，并可能造成發(fā)動(dòng)機(jī)媳火、喘振、機(jī)械損 壞，甚至嚴(yán)重的推力損失。在航空飛行史上曾多次發(fā)生由于飛機(jī)吸雨導(dǎo)致的嚴(yán)重空難。因 此美國聯(lián)邦航空局（FAA)和歐洲航空安全局（EASA)均頒布了關(guān)于吸雨的適航法規(guī)，對(duì)極端 雨量環(huán)境下發(fā)動(dòng)機(jī)的性能和結(jié)構(gòu)強(qiáng)度完整性提出了安全要求。
[0003]目前已有的通用發(fā)動(dòng)機(jī)性能仿真平臺(tái)主要提供的是基于正常環(huán)境下的發(fā)動(dòng)機(jī)性 能仿真功能，該樣的通用發(fā)動(dòng)機(jī)性能仿真平臺(tái)在進(jìn)行發(fā)動(dòng)機(jī)初步設(shè)計(jì)階段由于未考慮到雨 水環(huán)境下對(duì)平臺(tái)的影響，致使難W對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際的吸雨性能進(jìn)行準(zhǔn)確的、高可信度的評(píng)估 分析，評(píng)估結(jié)果也難W支撐適航取證的要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是提出一種吸雨工況下的潤扇發(fā)動(dòng)機(jī)性能仿真平臺(tái)優(yōu)化方法，能夠 對(duì)吸雨工況下的潤扇發(fā)動(dòng)機(jī)性能仿真平臺(tái)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，使其能夠準(zhǔn)確的反映出雨水環(huán)境 下發(fā)動(dòng)機(jī)性能狀態(tài)的變化。
[0005]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種吸雨工況下的潤扇發(fā)動(dòng)機(jī)性能仿真平臺(tái)優(yōu)化 方法，包括：
[0006] 選取大涵道比潤扇發(fā)動(dòng)機(jī)的試驗(yàn)工況，并根據(jù)所述試驗(yàn)工況確定發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣道的 雨水量相對(duì)于空氣的質(zhì)量流量比，根據(jù)所述發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣道的雨水量相對(duì)于空氣的質(zhì)量流量 比、發(fā)動(dòng)機(jī)涵道比、可變放氣活口面積和增壓級(jí)排水能力確定進(jìn)入核也機(jī)的雨水量相對(duì)于 空氣的質(zhì)量流量比；
[0007] 根據(jù)所述發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣道的雨水量相對(duì)于空氣的質(zhì)量流量比和所述進(jìn)入核也機(jī)的 雨水量相對(duì)于空氣的質(zhì)量流量比分別計(jì)算出熱力學(xué)氣體性能參數(shù)修正值、機(jī)械損失影響修 正值和部件氣動(dòng)性能修正值；
[0008] 根據(jù)所述熱力學(xué)氣體性能參數(shù)修正值、機(jī)械損失影響修正值和部件氣動(dòng)性能修正 值對(duì)潤扇發(fā)動(dòng)機(jī)性能仿真平臺(tái)的熱力學(xué)氣體性能參數(shù)、發(fā)動(dòng)機(jī)功率和氣動(dòng)性能參數(shù)進(jìn)行修 正。
[0009] 進(jìn)一步的，所述大涵道比潤扇發(fā)動(dòng)機(jī)的試驗(yàn)工況包括吸雨試驗(yàn)的穩(wěn)態(tài)工況和過渡 態(tài)工況，所述穩(wěn)態(tài)工況包括地面起飛工況、慢車工況、空中慢車工況，所述過渡態(tài)工況包括 地面慢車加速至95 %額定推力的工況。
[0010] 進(jìn)一步的，所述根據(jù)所述試驗(yàn)工況確定發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣道的雨水量相對(duì)于空氣的質(zhì)量 流量比的操作具體為：
[0011] 結(jié)合所述試驗(yàn)工況和航空發(fā)動(dòng)機(jī)適航規(guī)定確定在所述試驗(yàn)工況下潤扇發(fā)動(dòng)機(jī)的 發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣道的雨水量相對(duì)于空氣的質(zhì)量流量比的推薦取值。
[0012] 進(jìn)一步的，計(jì)算熱力學(xué)氣體性能參數(shù)修正值的操作包括：
[0013] 根據(jù)所述發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣道的雨水量相對(duì)于空氣的質(zhì)量流量比、空氣和水各自的氣體 常數(shù)、絕熱指數(shù)和定壓比熱計(jì)算出雨水和空氣混合而成的濕空氣與干空氣的氣體常數(shù)之 比、絕熱指數(shù)之比和定壓比熱之比；
[0014] 根據(jù)雨水蒸發(fā)帶走的熱量與空氣溫度下降吸收的熱量之間的能量守恒計(jì)算出在 雨水環(huán)境下高壓壓氣機(jī)出口的溫度。
[0015] 進(jìn)一步的，所述根據(jù)所述發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣道的雨水量相對(duì)于空氣的質(zhì)量流量比、空氣 和水各自的氣體常數(shù)、絕熱指數(shù)和定壓比熱計(jì)算出雨水和空氣混合而成的濕空氣與干空氣 的氣體常數(shù)之比、絕熱指數(shù)之比和定壓比熱之比的操作具體包括：
[0016] 根據(jù)所述發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣道的雨水量相對(duì)于空氣的質(zhì)量流量比WAR計(jì)算發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣 道的雨水量相對(duì)與空氣的摩爾數(shù)之比WAILi。，；
[0017] 根據(jù)所述發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣道的雨水量相對(duì)與空氣的摩爾數(shù)之比WAR"1"計(jì)算出雨水和 空氣混合而成的濕空氣分子質(zhì)量MWm;
[0018] 根據(jù)所述濕空氣分子質(zhì)量MWm、空氣的氣體常數(shù)R。和水的氣體常數(shù)R，計(jì)算出雨水 和空氣混合而成的濕空氣與干空氣的氣體常數(shù)之比Rf。。；
[0019] 根據(jù)所述發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣道的雨水量相對(duì)與空氣的摩爾數(shù)之比WAILi。,、空氣的絕熱指 數(shù)和水的絕熱指數(shù)計(jì)算出雨水和空氣混合而成的濕空氣與干空氣的絕熱指數(shù)之比 Y化C ;
[0020] 根據(jù)所述發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣道的雨水量相對(duì)與空氣的摩爾數(shù)之比WAILht、空氣的定壓比 熱Cpa和水的定壓比熱Cp，計(jì)算出雨水和空氣混合而成的濕空氣與干空氣的定壓比熱之比 C時(shí)ac。
[0021] 進(jìn)一步的，所述根據(jù)雨水蒸發(fā)帶走的熱量與空氣溫度下降吸收的熱量之間的能量 守恒計(jì)算出在雨水環(huán)境下高壓壓氣機(jī)出口的溫度的操作具體包括：
[0022] 根據(jù)預(yù)設(shè)雨水溫度T"ter計(jì)算進(jìn)口雨水烙值H"ter;
[0023] 根據(jù)所述進(jìn)入核也機(jī)的雨水量相對(duì)于空氣的質(zhì)量流量比WAR。。,。和高壓壓氣機(jī)出 口的干空氣壓力P3計(jì)算出高壓壓氣機(jī)出口的水蒸氣壓力Pste? ;
[0024] 根據(jù)所述高壓壓氣機(jī)出口的水蒸氣壓力和待求的在雨水環(huán)境下高壓壓氣機(jī) 出口的溫度Tsmh得出出口水蒸氣烙值山的表達(dá)式；
[00巧]根據(jù)高壓壓氣機(jī)出口的干空氣溫度Tsdty、正常狀態(tài)下進(jìn)入到核也機(jī)的空氣質(zhì)量流 量m'air、定壓比熱Cp、所述進(jìn)口雨水烙值和所述出口水蒸氣烙值的表達(dá)式，遵循 能量守恒定律計(jì)算出所述在雨水環(huán)境下高壓壓氣機(jī)出口的溫度Tsmh。
[0026] 進(jìn)一步的，計(jì)算機(jī)械損失影響修正值的操作具體包括：
[0027] 根據(jù)所述進(jìn)入核也機(jī)的雨水量相對(duì)于空氣的質(zhì)量流量比WAR。。,。和正常狀態(tài)下進(jìn) 入到核也機(jī)的空氣質(zhì)量流量niair計(jì)算出進(jìn)入到核也機(jī)的雨水質(zhì)量流量niwater;
[0028] 根據(jù)所述進(jìn)入到核也機(jī)的雨水質(zhì)量流量mwatefW及高壓壓氣機(jī)的葉尖切線速 度Um和高壓壓氣機(jī)級(jí)數(shù)n,tw。確定吸入雨水所造成的發(fā)動(dòng)機(jī)功率的增加量APW。
[0029] 進(jìn)一步的，計(jì)算部件氣動(dòng)性能修正值的操作具體包括：
[0030] 根據(jù)所述進(jìn)入核也機(jī)的雨水量相對(duì)于空氣的質(zhì)量流量比WAR。。,。查詢壓氣機(jī)效率 衰退比-水氣比圖確定對(duì)應(yīng)的壓氣機(jī)效率衰退比AE;
[0031] 根據(jù)所述進(jìn)入核也機(jī)的雨水量相對(duì)于空氣的質(zhì)量流量比WAR。。,。查詢總壓恢復(fù)系 數(shù)衰退比-水氣比圖確定對(duì)應(yīng)的總壓恢復(fù)系數(shù)衰退比A化。
[0032] 進(jìn)一步的，對(duì)潤扇發(fā)動(dòng)機(jī)性能仿真平臺(tái)的熱力學(xué)氣體性能參數(shù)進(jìn)行修正的操作具 體為：
[0033] 根據(jù)所述雨水和空氣混合而成的濕空氣與干空氣的氣體常數(shù)之比Rf。。、絕熱指數(shù) 之比Yh。和定壓比熱之比Cpf。。分別計(jì)算出修正后的氣體常數(shù)Rm、絕熱指數(shù)Ym和定壓比熱 Cpm，并替換所述潤扇發(fā)動(dòng)機(jī)性能仿真平臺(tái)中的氣體常數(shù)也、絕熱指數(shù)Y。和定壓比熱Cp。。
[0034] 進(jìn)一步的，對(duì)潤扇發(fā)動(dòng)機(jī)性能仿真平臺(tái)的熱力學(xué)氣體性能參數(shù)進(jìn)行修正的操作具 體為：
[0035] 將所述在雨水環(huán)境下高壓壓氣機(jī)出口的溫度Tsmh替換所述潤扇發(fā)動(dòng)機(jī)性能仿真 平臺(tái)中的正常環(huán)境下高壓壓氣機(jī)出口的溫度Tsdty。
[0036] 進(jìn)一步的，對(duì)潤扇發(fā)動(dòng)機(jī)性能仿真平臺(tái)的發(fā)動(dòng)機(jī)功率進(jìn)行修正的操作具體為：
[0037] 根據(jù)吸入雨水所造成的發(fā)動(dòng)機(jī)功率的增加量APW和所述潤扇發(fā)動(dòng)機(jī)性能仿真平 臺(tái)中的正常環(huán)境下發(fā)動(dòng)機(jī)功率PW計(jì)算出所述潤扇發(fā)動(dòng)機(jī)性能仿真平臺(tái)中的雨水環(huán)境下發(fā) 動(dòng)機(jī)功率PWm，并替換所述潤扇發(fā)動(dòng)機(jī)性能仿真平臺(tái)中的正常環(huán)境下發(fā)動(dòng)機(jī)功率PW。
[0038] 進(jìn)一步的，對(duì)潤扇發(fā)動(dòng)機(jī)性能仿真平臺(tái)的氣動(dòng)性能參數(shù)進(jìn)行修正的操作具體為：
[0039] 根據(jù)所述壓氣機(jī)效率衰退比AE和總壓恢復(fù)系數(shù)衰退比A化分別計(jì)算出修正后 的壓氣機(jī)效率Emh和總壓恢復(fù)系數(shù)FLmw并替換所述潤扇發(fā)動(dòng)機(jī)性能仿真平臺(tái)中的壓氣機(jī) 效率Ed。和總壓恢復(fù)系數(shù)FLd。。
[0040] 基于上述技術(shù)方案，本發(fā)明通過對(duì)吸雨工況下雨水對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的熱力學(xué)影響、氣動(dòng) 性能的影響和機(jī)械損失的影響等多方面的修正來對(duì)潤扇發(fā)動(dòng)機(jī)性能仿真平臺(tái)進(jìn)行優(yōu)化，使 吸雨工況下的潤扇發(fā)動(dòng)機(jī)性能仿真平臺(tái)能夠準(zhǔn)確的、高可信度的反映出雨水環(huán)境下發(fā)動(dòng)機(jī) 性能狀態(tài)的變化，從而在潤扇發(fā)動(dòng)機(jī)的初步設(shè)計(jì)階段能夠簡便迅速地對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)吸雨性能進(jìn) 行評(píng)估，W便及時(shí)修正、改進(jìn)設(shè)計(jì)方案，避免后期重復(fù)迭代，降低研制成本W(wǎng)及縮短研制周 期。
【附圖說明】
[0041] 此處所說明的附圖用來提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，構(gòu)成本申請(qǐng)的一部分，本發(fā) 明的示意性實(shí)施例及其說明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的不當(dāng)限定。在附圖中：
[0042] 圖1為本發(fā)明吸雨工況下的潤扇發(fā)動(dòng)機(jī)性能仿真平臺(tái)優(yōu)化方法的一實(shí)施例的流 程示意圖。
[0043] 圖2為本發(fā)明吸雨工況下的潤扇發(fā)動(dòng)機(jī)性能仿真平臺(tái)優(yōu)化方法實(shí)施例中的壓氣 機(jī)效率衰退比-水氣比圖。
[0044] 圖3為本發(fā)明吸雨工況下的潤扇發(fā)動(dòng)機(jī)性能仿真平臺(tái)優(yōu)化方法實(shí)施例中的總壓 恢復(fù)系數(shù)衰退比-水氣比圖。
【具體實(shí)施方式】
[0045] 下面通過附圖和實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。
[0046] 經(jīng)過發(fā)明人研究，雨水環(huán)境對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的影響通常分為H個(gè)方面，一是熱力學(xué)的影 響，例如水的蒸發(fā)、溫度的崎變、氣體特性改變等，而其中水的蒸發(fā)是主要因素；二是氣動(dòng)性 能的影響，會(huì)帶來效率、壓比和喘振裕度等方面的變化；H是機(jī)械方面的影響，例如水的進(jìn) 入會(huì)導(dǎo)致壓氣機(jī)扭矩的增加等。因此在對(duì)潤扇發(fā)動(dòng)機(jī)性能仿真平臺(tái)優(yōu)化方法進(jìn)行優(yōu)化時(shí)， 需要針對(duì)該幾方面的性能參數(shù)進(jìn)行適當(dāng)?shù)男拚?，W便使優(yōu)化后的潤扇發(fā)動(dòng)機(jī)性能仿真平臺(tái) 能夠準(zhǔn)確的、高可信度的反映出雨水環(huán)境下發(fā)動(dòng)機(jī)性能狀態(tài)的變化。在本發(fā)明中的潤扇發(fā) 動(dòng)機(jī)性能仿真平臺(tái)是一種已知的性能仿真平臺(tái)，可通過商業(yè)購買方式獲得，例如Gasturb、 Prosis、GSP等性能仿真平臺(tái)，因此在本發(fā)明中不對(duì)潤扇發(fā)動(dòng)機(jī)性能仿真平臺(tái)的具體實(shí)現(xiàn)進(jìn) 行費(fèi)述。
[0047] 如圖1所示，為本發(fā)明吸雨工況下的潤扇發(fā)動(dòng)機(jī)性能仿真平臺(tái)優(yōu)化方法的一實(shí)施 例的流程示意圖。在本實(shí)施例中，優(yōu)化流程包括：
[0048] 步驟101、選取大涵道比潤扇發(fā)動(dòng)機(jī)的試驗(yàn)工況，并根據(jù)所述試驗(yàn)工況確定發(fā)動(dòng)機(jī) 進(jìn)氣道的雨水量相對(duì)于空氣的質(zhì)量流量比，根據(jù)所述發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣道的雨水量相對(duì)于空氣的 質(zhì)量流量比、發(fā)動(dòng)機(jī)涵道比、可變放氣活口面積和增壓級(jí)排水能力確定進(jìn)入核也機(jī)的雨水 量相對(duì)于空氣的質(zhì)量流量比；
[0049] 步驟102、根據(jù)所述發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣道的雨水量相對(duì)于空氣的質(zhì)量流量比和所述進(jìn)入 核也機(jī)的雨水量相對(duì)于空氣的質(zhì)量流量