一種發(fā)動(dòng)機(jī)仿真設(shè)計(jì)方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及一種發(fā)動(dòng)機(jī)仿真設(shè)計(jì)方法，包括以下步驟：對(duì)于任意選定的發(fā)動(dòng)機(jī)部件，繪出發(fā)動(dòng)機(jī)功率和流經(jīng)發(fā)動(dòng)機(jī)的空氣路徑，通過(guò)連接節(jié)點(diǎn)將一個(gè)部件的輸出端連接至下一個(gè)部件的輸入端；根據(jù)每個(gè)部件的相互連接關(guān)系得到程序輸入、系統(tǒng)變量和部件規(guī)定的特性的函數(shù)關(guān)系；利用上述函數(shù)關(guān)系進(jìn)行計(jì)算，得到一個(gè)待求解的聯(lián)立代數(shù)超越方程和偏微分方程組；求解上述方程和/或方程組，得到整臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)各節(jié)點(diǎn)處的參數(shù)和總體性能參數(shù)。本發(fā)明增加了內(nèi)外涵換熱部件換熱計(jì)算的相關(guān)程序，提高了計(jì)算精度，同時(shí)在排除該系列發(fā)動(dòng)機(jī)故障中，為生產(chǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)的相關(guān)廠商提供技術(shù)參數(shù)，服務(wù)生產(chǎn)實(shí)際，極大地提高了發(fā)動(dòng)機(jī)性能計(jì)算的工作效率，提高了對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的深入開(kāi)發(fā)能力。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種發(fā)動(dòng)機(jī)仿真設(shè)計(jì)方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種航空發(fā)動(dòng)機(jī)的開(kāi)發(fā)技術(shù)，具體的說(shuō)是一種發(fā)動(dòng)機(jī)仿真設(shè)計(jì)方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 航空發(fā)動(dòng)機(jī)總體性能計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)是航空發(fā)動(dòng)機(jī)數(shù)值仿真技術(shù)的重要組成部 分。在發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)階段，通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)性能數(shù)值模擬，可以進(jìn)行總體性能參數(shù)優(yōu)化、確定發(fā)動(dòng) 機(jī)的循環(huán)參數(shù)和部件的設(shè)計(jì)指標(biāo)、進(jìn)行發(fā)動(dòng)機(jī)控制規(guī)律的優(yōu)化、確定發(fā)動(dòng)機(jī)的控制規(guī)律；在 發(fā)動(dòng)機(jī)研制和使用階段，通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)性能計(jì)算機(jī)模擬，可以確定發(fā)動(dòng)機(jī)各種特性（高度特 性、速度特性、節(jié)流特性、溫度特性等）、進(jìn)行飛機(jī)/發(fā)動(dòng)機(jī)匹配研究，定量分析各種使用條 件對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)性能的影響。
[0003] 早期的航空發(fā)動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)計(jì)算都是基于簡(jiǎn)單公式和經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，靠手工計(jì)算完成， 這樣的設(shè)計(jì)分析方法，不僅耗費(fèi)大量人力，而且計(jì)算精度低、所能完成的計(jì)算功能也單一， 不能保證發(fā)動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)參數(shù)達(dá)到最優(yōu)。
[0004] 目前，國(guó)內(nèi)的發(fā)動(dòng)機(jī)性能分析主要使用通用的商業(yè)軟件，雖然通用計(jì)算程序可以 進(jìn)行類(lèi)似的計(jì)算同，但對(duì)特有發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和控制規(guī)律等專(zhuān)有屬性缺少足夠的修改空 間和適應(yīng)性，使得無(wú)法或較難滿足計(jì)算要求。
[0005] 模擬航空發(fā)動(dòng)機(jī)性能是通過(guò)部件恰當(dāng)?shù)钠ヅ溆?jì)算進(jìn)行的。在發(fā)動(dòng)機(jī)模擬程序中， 按照在發(fā)動(dòng)機(jī)總體性能計(jì)算中發(fā)動(dòng)機(jī)各主要部件特性的描述方法的差異和復(fù)雜程度的不 同，可以將發(fā)動(dòng)機(jī)性能計(jì)算的數(shù)學(xué)模型劃分為三個(gè)層次：
[0006] 第一層次數(shù)學(xué)模型：以各種擬合關(guān)系式或經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式描述發(fā)動(dòng)機(jī)的性能，整個(gè)發(fā) 動(dòng)機(jī)作為一個(gè)"黑盒子"，模型中不描述各個(gè)部件的具體工作狀態(tài)。許多發(fā)動(dòng)機(jī)制造廠都是 以這種模型向用戶提供發(fā)動(dòng)機(jī)的速度、高度和節(jié)流特性。
[0007] 第二層次數(shù)學(xué)模型：發(fā)動(dòng)機(jī)各個(gè)部件作為一個(gè)"黑盒子"，給出各個(gè)部件的特性，而 不去描述各個(gè)部件內(nèi)部詳細(xì)的工作情況。然后根據(jù)各個(gè)部件的共同工作關(guān)系，確定發(fā)動(dòng)機(jī) 的共同工作點(diǎn)，完成發(fā)動(dòng)機(jī)性能計(jì)算。
[0008] 第三層次數(shù)學(xué)模型：對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部流動(dòng)過(guò)程的各個(gè)細(xì)節(jié)進(jìn)行描述，在發(fā)動(dòng)機(jī)通道 內(nèi)，沒(méi)有"黑盒子"模型，這是目前發(fā)動(dòng)機(jī)性能模擬所追求的目標(biāo)。
[0009] 第一層次數(shù)學(xué)模型是針對(duì)具體型號(hào)而設(shè)計(jì)，不具有通用性；第二層次數(shù)學(xué)模型目 前正在廣泛應(yīng)用；第三層次數(shù)學(xué)模型涉及發(fā)動(dòng)機(jī)部件內(nèi)非常復(fù)雜的流動(dòng)過(guò)程的數(shù)值模擬問(wèn) 題，仍然在發(fā)展中。
[0010] 由于發(fā)動(dòng)機(jī)特有的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，在通用的計(jì)算程序中，沒(méi)有相關(guān)的程序設(shè)計(jì)和相關(guān) 算法，對(duì)計(jì)算結(jié)果造成一定的偏差。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0011] 針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中針對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)的開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)沒(méi)有通用軟件，缺少足夠的修改空間 和適應(yīng)性，無(wú)法滿足相關(guān)算法的精確度等不足，本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種針對(duì) 性強(qiáng)、提高計(jì)算精度的發(fā)動(dòng)機(jī)仿真設(shè)計(jì)方法。
[0012] 為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：
[0013] 本發(fā)明一種發(fā)動(dòng)機(jī)仿真設(shè)計(jì)方法，包括以下步驟：
[0014] 對(duì)于任意選定的發(fā)動(dòng)機(jī)部件，繪出發(fā)動(dòng)機(jī)功率和流經(jīng)發(fā)動(dòng)機(jī)的空氣路徑，通過(guò)連 接節(jié)點(diǎn)將一個(gè)部件的輸出端連接至下一個(gè)部件的輸入端；
[0015] 根據(jù)每個(gè)部件的相互連接關(guān)系得到程序輸入、系統(tǒng)變量和部件規(guī)定的特性的函數(shù) 關(guān)系；
[0016] 利用上述函數(shù)關(guān)系進(jìn)行計(jì)算，得到一個(gè)待求解的聯(lián)立代數(shù)超越方程和偏微分方程 組；
[0017] 求解上述方程和/或方程組，得到整臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)各節(jié)點(diǎn)處的參數(shù)和總體性能參數(shù)。
[0018] 發(fā)動(dòng)機(jī)穩(wěn)態(tài)氣動(dòng)熱力計(jì)算包括設(shè)計(jì)點(diǎn)性能計(jì)算和非設(shè)計(jì)點(diǎn)性能計(jì)算，其中設(shè)計(jì)點(diǎn) 性能計(jì)算包括以下步驟：
[0019] 1)確定發(fā)動(dòng)機(jī)類(lèi)型，并繪制發(fā)動(dòng)機(jī)流程截面圖，根據(jù)流程截面圖上設(shè)定的截面符 號(hào)輸入到熱力循環(huán)計(jì)算程序中，得到對(duì)應(yīng)截面上的氣流流量、總溫、總壓氣動(dòng)參數(shù)；
[0020] 2)根據(jù)被計(jì)算的發(fā)動(dòng)機(jī)流程截面圖和發(fā)動(dòng)機(jī)的具體情況及使用特點(diǎn)，輸入發(fā)動(dòng)機(jī) 要求的引氣量、功率提取、冷氣空氣量、放氣量的具體值；
[0021] 3)輸入發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)點(diǎn)的飛行高度和馬赫數(shù)；
[0022] 4)輸入發(fā)動(dòng)機(jī)流道內(nèi)各段的流程損失；
[0023] 5)輸入熱力循環(huán)參數(shù)。
[0024] 對(duì)于外設(shè)換熱器的發(fā)動(dòng)機(jī)，以通用程序處理方法為基礎(chǔ)，根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的持點(diǎn)，增加 熱交換部件的熱力循環(huán)處理程序，其換熱器管內(nèi)空氣引自高壓壓氣機(jī)，換熱器管外為外函 空氣，換熱器換熱后各參數(shù)按下列各式計(jì)算：

【權(quán)利要求】
1. 一種發(fā)動(dòng)機(jī)仿真設(shè)計(jì)方法，其特征在于：包括以下步驟： 對(duì)于任意選定的發(fā)動(dòng)機(jī)部件，繪出發(fā)動(dòng)機(jī)功率和流經(jīng)發(fā)動(dòng)機(jī)的空氣路徑，通過(guò)連接節(jié) 點(diǎn)將一個(gè)部件的輸出端連接至下一個(gè)部件的輸入端； 根據(jù)每個(gè)部件的相互連接關(guān)系得到程序輸入、系統(tǒng)變量和部件規(guī)定的特性的函數(shù)關(guān) 系； 利用上述函數(shù)關(guān)系進(jìn)行計(jì)算，得到一個(gè)待求解的聯(lián)立代數(shù)超越方程和偏微分方程組； 求解上述方程和/或方程組，得到整臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)各節(jié)點(diǎn)處的參數(shù)和總體性能參數(shù)。
2. 按權(quán)利要求1所述的發(fā)動(dòng)機(jī)仿真設(shè)計(jì)方法，其特征在于：發(fā)動(dòng)機(jī)穩(wěn)態(tài)氣動(dòng)熱力計(jì)算 包括設(shè)計(jì)點(diǎn)性能計(jì)算和非設(shè)計(jì)點(diǎn)性能計(jì)算，其中設(shè)計(jì)點(diǎn)性能計(jì)算包括以下步驟： 1) 確定發(fā)動(dòng)機(jī)類(lèi)型，并繪制發(fā)動(dòng)機(jī)流程截面圖，根據(jù)流程截面圖上設(shè)定的截面符號(hào)輸 入到熱力循環(huán)計(jì)算程序中，得到對(duì)應(yīng)截面上的氣流流量、總溫、總壓氣動(dòng)參數(shù)； 2) 根據(jù)被計(jì)算的發(fā)動(dòng)機(jī)流程截面圖和發(fā)動(dòng)機(jī)的具體情況及使用特點(diǎn)，輸入發(fā)動(dòng)機(jī)要求 的引氣量、功率提取、冷氣空氣量、放氣量的具體值； 3) 輸入發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)點(diǎn)的飛行高度和馬赫數(shù)； 4) 輸入發(fā)動(dòng)機(jī)流道內(nèi)各段的流程損失； 5) 輸入熱力循環(huán)參數(shù)。
3. 按權(quán)利要求2所述的發(fā)動(dòng)機(jī)仿真設(shè)計(jì)方法，其特征在于： 對(duì)于外設(shè)換熱器的發(fā)動(dòng)機(jī)，以通用程序處理方法為基礎(chǔ)，根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的持點(diǎn)，增加熱交 換部件的熱力循環(huán)處理程序，其換熱器管內(nèi)空氣引自高壓壓氣機(jī)，換熱器管外為外函空氣， 換熱器換熱后各參數(shù)按下列各式計(jì)算：
其中：T2'P/為換熱器管內(nèi)氣流換熱前的總溫、總壓；T12'P1/為換熱器管外氣流換熱 前的總溫、總壓；qmal為風(fēng)扇入口空氣流量；qma2為高壓出口空氣流量；qma為換熱器管內(nèi) 空氣流量；qma?為外函空氣流量；AIWmi、分別為換熱器內(nèi)、外流的總壓損失 系數(shù)。
4. 按權(quán)利要求1所述的發(fā)動(dòng)機(jī)仿真設(shè)計(jì)方法，其特征在于： 所述輸入發(fā)動(dòng)機(jī)流道內(nèi)各段的流程損失包括：進(jìn)氣道、外涵管道、風(fēng)扇壓氣機(jī)過(guò)渡段、 高低壓渦輪過(guò)渡段、渦輪后到加力燃燒室之間的擴(kuò)壓段流道內(nèi)的總壓恢復(fù)系數(shù)。
5. 按權(quán)利要求1所述的發(fā)動(dòng)機(jī)仿真設(shè)計(jì)方法，其特征在于： 所述輸入熱力循環(huán)參數(shù)為：發(fā)動(dòng)機(jī)的流量、涵道比，壓氣機(jī)的換算流量、增壓比、絕熱效 率，燃燒室的燃燒效率、總壓損失、出口溫度，渦輪的絕熱效率，加力燃燒室的燃燒效率、總 壓損失和加力溫度。
6.按權(quán)利要求1所述的發(fā)動(dòng)機(jī)仿真設(shè)計(jì)方法，其特征在于：對(duì)于具有雙涵道混合排氣 的渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)，增加兩股能量不同的氣流進(jìn)行熱交換過(guò)程的計(jì)算模型。
【文檔編號(hào)】G06F17/50GK104462653SQ201410629600
【公開(kāi)日】2015年3月25日 申請(qǐng)日期:2014年11月10日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月10日
【發(fā)明者】武藝, 朱哲, 閆素銀, 張海江, 樊瑞華 申請(qǐng)人:沈陽(yáng)黎明航空發(fā)動(dòng)機(jī)(集團(tuán))有限責(zé)任公司