一种将发动机空中性能参数校准至相同工况点的计算方法技术

本申请属于航空发动机设计领域，一种将发动机空中性能参数校准至相同工况点的计算方法，首先选定高空性能参考点，然后在获得发动机工作包线内不同试验工况点的稳态性能数据后，通过辨识计算得到不同工况点和高空性能参考点条件下各部件性能修正因子的相对关系，该关系考虑了不同发动机状态和进气来流条件对发动机各部件性能的影响，同时当前次试验数据的辨识计算结果考虑了性能衰减的影响，最后根据高空性能参考点、不同工况点各部件性能修正因子相对关系、当前次试验数据和稳态性能模型完成空中性能参数校准计算。该方法有效提升了空中性能试验数据校准计算至相同高空性能参考点的参数计算精度。考点的参数计算精度。考点的参数计算精度。

【技术实现步骤摘要】
一种将发动机空中性能参数校准至相同工况点的计算方法


[0001]本申请属于航空发动机设计领域，特别涉及一种将发动机空中性能参数校准至相同工况点的计算方法。

技术介绍

[0002]航空发动机每次在工作包线内执行飞行任务，通常会在不同高度、马赫数、环境温度偏差和转速状态下工作，为了能够对比发动机在高空不同工况点工作时的性能参数变化情况，对发动机可能发生的参数异常和性能变化情况进行有效的识别和监测。需要将不同飞行架次的性能试验数据校准计算至同一高空性能参考点，进行统一对比分析。
[0003]现有的技术方案是针对不同飞行架次的试验数据，通过无量纲参数相似换算得到高空性能参考点的性能参数值，从而进行对比分析。主要计算步骤如下：
[0004]步骤1：设置高空性能参考点的高度、马赫数、环境温度偏差和发动机状态；
[0005]步骤2：选取并处理在当前工况点和发动机工作状态下的稳态性能数据；
[0006]步骤3：根据当前试验性能参数随转速的变化关系，插值计算出在参考点转速状态下的性能参数；
[0007]步骤4：通过无量纲参数相似换算得到参考点的性能参数，公式(1～3)中P
ref
表示参考点总压，T
ref
表示参考点总温，X
C
表示相似换算后的结果；
[0008][0009][0010][0011]现有技术方案存在的问题是，相似换算结果成立的前提条件是表征发动机流场的相似参数(几何构型、气体常数、比热比、发动机状态、马赫数和雷诺数)相等，其中气体常数和比热比的影响较小，发动机在长时间运转时会发生一定程度的性能衰减，在计算过程中如果按照θ和δ指数值保持不变来进行无量纲参数换算，当工况点的差异较小时，相似换算结果偏差较小；当工况点的差异较大时，受来流条件(马赫数和雷诺数)影响显著时，相似换算结果偏差较大。
[0012]因此，如何更准确地将发动机空中性能参数校准至相同的高空性能参考点进行对比分析是一个需要解决的问题。

技术实现思路

[0013]本申请的目的是提供了一种将发动机空中性能参数校准至相同工况点的计算方法，以解决现有技术中发动机在高空飞行过程中不同工况点性能参数试验结果无法直接进行对比的问题。
[0014]本申请的技术方案是：一种将发动机空中性能参数校准至相同工况点的计算方法，包括：
[0015]选取飞机工作的典型工况点，作为高空性能参考点，并设置高空性能参考点对应的具体参数数值；
[0016]选取并处理当前试验工况点发动机工作状态的稳态性能数据；
[0017]根据当前试验点性能参数随转速的变化关系，插值计算出参考点转速状态下的性能参数试验结果；
[0018]获取发动机在工作包线内不同高度、马赫数和发动机状态的稳态性能试验结果，辨识计算出当前工况点试验数据对应的各部件性能修正因子，计算不同工况点和参考点试验数据之间各部件性能修正因子的相对关系；
[0019]根据不同工况点和参考点试验数据之间各部件性能修正因子的相对关系，计算出当前工况点试验数据对应的参考点各部件性能修正因子；
[0020]输入高空性能参考点的高度、马赫数、环境温度偏差、转换后的各部件性能修正因子，通过稳态性能模型计算出当前试验点在高空性能参考点的性能参数值。
[0021]优选地，所述稳态性能数据通过均值计算的方式得到，包括工况参数、控制参数、总体性能参数和截面温度压力参数。
[0022]优选地，所述参考点转速状态的性能参数值的计算公式为：
[0023][0024]公式(4)中，Y表示发动机性能参数，N1r表示低压转子换算转速，下标start表示插值计算起点转速，下标end表示插值计算终点转速，下标current表示高空性能参考点对应的转速。
[0025]优选地，所述根据发动机工作包线内选取不同高度、马赫数和发动机状态的稳态性能试验数据，辨识计算出不同试验工况点对应的各部件性能修正因子；根据参考工况点试验数据辨识计算出高空性能参考点对应的各部件性能修正因子，结合公式(5)计算出不同试验工况点和高空性能参考点各部件性能修正因子相对关系，并形成环境压力、马赫数和发动机状态3个维度的数值表单。
[0026][0027]其中，AnsynCurrent为根据当前工况点试验数据辨识计算出的各部件性能修正因子，AnsynReference为根据参考工况点试验数据辨识计算出的各部件性能修正因子，AnsynRelative为参考工况点和当前试验点的各部件性能修正因子相对值。
[0028]优选地，所述各部件性能修正因子的计算方法为：
[0029]进行发动机气路性能计算分析，具体公式为：
[0030]Z＝h(X)(6)
[0031]式中，h表示测量参数和部件性能修正因子间的函数关系，用稳态性能模型进行表述，Z表示测量参数向量，X表示部件性能修正因子向量；
[0032]若部件性能发生变化，则用δ表示参数变化程度，在给定工况点对h(x)进行1阶泰勒级数展开，得到：
[0033]h(X+δX)＝h(X)+H
·
δX+HOT(7)
[0034]得到影响参数矩阵H，其数学表达式为：
[0035][0036]忽略影响参数矩阵H的高次项影响，得到：
[0037]h(X+δX)＝h(X)+H
·
δX(9)
[0038]通过矩阵转换计算得到：
[0039]δX＝(H
T
H)
‑1H
T
δZ(10)
[0040]通过牛顿
‑
拉夫逊算法对非线性方程组进行求解，得到满足目标函数测量参数计算精度要求的各部件性能修正因子计算值。
[0041]优选地，所述的获取当前试验数据在高空性能参考点对应的各部件性能修正因子的计算公式为：
[0042]AnsynRelative＝f(N1r，Pamb，Ma)(11)
[0043]AnsynReference_Test＝AnsynRelative*AnsynCurrent(12)
[0044]公式(11)中，N1r表示高空性能参考点低压转子换算转速，Pamb表示当前试验工况点环境压力，Ma表示当前试验工况点马赫数，f表示3维线性插值计算；公式(12)中AnsynCurrent为根据当前工况点试验数据辨识计算出的各部件性能修正因子，AnsynRelative为当前试验工况点和高空性能参考点各部件性能修正因子的相对比值，AnsynReference_Test为当前工况点试验数据所对应的高空性能参考点各部件性能修正因子。
[0045]优选地，所述当前工况点试验数据所对应的在高空性能参考点性能参数值的计算公式为：
[0046]参考点性能参数＝f(Pamb,Ma,ΔTamb,N1r,AnsynReference_Test)(13)
[0047]式中，Pamb表示高本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种将发动机空中性能参数校准至相同工况点的计算方法，其特征在于，包括：选取飞机常用的典型工况点作为高空性能参考点，并设置高空性能参考点的具体参数值，包括高度、马赫数、环境温度偏差和发动机状态；选取并处理当前试验工况点发动机不同工作状态的稳态性能数据；根据当前试验工况点的性能参数试验结果随转速的变化关系，插值计算出高空性能参考点转速状态下的性能参数试验结果；基于发动机工作包线内不同高度、马赫数和发动机状态的稳态性能试验结果，辨识计算出每个工况点试验数据对应的各部件性能修正因子；计算不同试验工况点与高空性能参考点试验数据所对应的各部件性能修正因子相对关系，并形成关于高度、马赫数和发动机转速的3维数值表单；根据不同工况点部件性能修正因子的相对关系，计算出当前工况点试验结果所对应在高空性能参考点的各部件性能修正因子；输入高空性能参考点的高度、马赫数、环境温度偏差、发动机状态、转换后的各部件性能修正因子，通过稳态性能模型计算出当前工况点试验结果在高空性能参考点的性能参数值。2.如权利要求1所述的将发动机空中性能参数校准至相同工况点的计算方法，其特征在于：所述通过均值计算的方式得到工况参数、控制参数、总体性能参数和截面温度压力等参数的稳态性能试验结果。3.如权利要求1所述的将发动机空中性能参数校准至相同工况点的计算方法，其特征在于，所述获取发动机高空性能参考点转速状态对应的当前试验工况点性能参数试验结果的计算公式为：公式(1)中，Y表示发动机性能参数，N1r表示低压转子换算转速，下标start表示插值计算起点转速，下标end表示插值计算终点转速，下标current表示当前插值转速。4.如权利要求1所述的将发动机空中性能参数校准至相同工况点的计算方法，其特征在于，所述不同工况点与高空性能参考点各部件性能修正因子相对关系的计算方法为：在发动机工作包线内选取不同高度、马赫数和发动机状态的稳态性能试验数据，辨识计算出不同试验工况点对应的各部件性能修正因子；根据参考工况点试验数据辨识计算出高空性能参考点对应的各部件性能修正因子，结合公式(2)计算出不同试验工况点和高空性能参考点各部件性能修正因子相对关系，并形成环境压力、马赫数和发动机状态3个维度的数值表单。公式(2)中，AnsynCurrent为根据当前工况点试验数据辨识计算出的各部件性能修正因子，AnsynReference为根据参考工况点试验数据辨识计算出的各部件性能修正因子，AnsynRelative为当前试验点和高空性能参考点的各部件性能修正因子相对比值。5.如权利要求4所述的将...

【专利技术属性】
技术研发人员：王冠夫，齐晓雪，雷东亮，唐宇峰，丁宁，张丹玲，徐嘉悦，
申请(专利权)人：中国航发沈阳发动机研究所，
类型：发明
国别省市：