一种高压涡轮转子轴向力实时评估方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及航空发动机技术领域，公开了一种高压涡轮转子轴向力实时评估方法及装置，根据高压涡轮临界或超临界状态转子轴向力值与压气机出口总压之间的线性关系，构建高压涡轮临界或超临界状态下的转子轴向力评估模型，实时计算台架高压涡轮转子轴向力；且构建的高压涡轮转子轴向力评估模型中，也考虑压气机出口总温以及高压涡轮转子转速对轴向力的影响，采用温度修正系数、转速修正系数对高压涡轮转子轴向力值进行实时修正，更加符合高压涡轮转子轴向力所蕴含的气动本质特征，提高了高压涡轮转子轴向力实时计算的精度，为科研试验安全和加快整机转子轴向力迭代设计结果的收敛提供技术支撑。技术支撑。技术支撑。

【技术实现步骤摘要】
一种高压涡轮转子轴向力实时评估方法及装置


[0001]本专利技术涉及航空发动机
，公开了一种高压涡轮转子轴向力实时评估方法及装置。

技术介绍

[0002]在航空发动机中，高压涡轮转子轴向力特指涡轮转子流道轴向力，具体包含：叶片叶身、叶尖和级间盘腔轴向力等三部分。高压涡轮结构十分复杂，工作环境极其严苛，具有高温、高压、高负荷等典型特征；在整机环境下，高压涡轮进、出口截面通常难以布置流道气动参数测点，因此高压涡轮转子轴向力是整机轴向力计算的技术难点。
[0003]在台架涡轮转子轴向力实时计算方面， 专利CN202210369066.2《一种航空涡扇发动机低压涡轮转子轴向力实时计算方法》提出了一种低压涡轮转子轴向力实时计算方法。虽然该方法计算过程相对较简单，但是对于高压涡轮转子轴向力计算不适用，主要是因为在计算涡轮转子轴向力时，需要涡轮出口总压参数，然而在发动机中，由于受限于结构空间和高压涡轮极为苛刻的工作环境，高压涡轮转子出口通常不含总压测点，因此该专利方法不适用于计算高压涡轮转子轴向力。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种高压涡轮转子轴向力实时评估方法及装置，能够提高高压涡轮转子轴向力实时计算的精度。
[0005]为了实现上述技术效果，本专利技术采用的技术方案是：一种高压涡轮转子轴向力实时评估方法，包括：根据高压涡轮在设计点的进口总温、进口总压、出口总温、出口总压和流量，通过流体仿真软件求解高压涡轮在设计点的转子轴向力仿真值；以压气机出口总压为自变量，根据公式构建高压涡轮临界或超临界时的转子轴向力评估模型，其中为高压涡轮在设计点的转子轴向力仿真值，为高压涡轮在设计点的压气机出口总压，为温度修正系数，取值范围为0.9～1.1，为转速修正系数，取值范围为0.9～1.05；将高压涡轮临界或超临界时待测状态下的压气机出口总压实际值代入所述高压涡轮临界或超临界时的转子轴向力评估模型，计算待测状态高压涡轮转子轴向力。
[0006]进一步地，温度修正系数根据公式计算获得，其中为压气机流量引气系数，为待测状态压气机进气质量流量，为空气的定压比热容，为待测状态压气机出口总温，为燃烧室燃烧效率，为待测状态燃油质量流量，为燃料的低热值，为燃气的定压比热容，为发动机在设计点的燃烧室出口总温。
[0007]进一步地，转速修正系数根据公式计算获得，为待测状态高压涡轮转速，为设计点高压涡轮转速。
[0008]为实现上述技术效果，本专利技术还提供一种高压涡轮转子轴向力实时评估装置，包括：仿真计算模块，用于根据高压涡轮在设计点的进口总温、进口总压、出口总温、出口总压和流量，通过流体仿真软件求解高压涡轮在设计点的转子轴向力仿真值；轴向力评估模型构建模块，用于以压气机出口总压为自变量，根据公式构建高压涡轮临界或超临界时的转子轴向力评估模型，其中为高压涡轮在设计点的转子轴向力仿真值，为高压涡轮在设计点的压气机出口总压，为温度修正系数，取值范围为0.9～1.1，为转速修正系数，取值范围为0.9～1.05；分析模块，用于将高压涡轮临界或超临界时待测状态下的压气机出口总压实际值代入所述高压涡轮临界或超临界时的转子轴向力评估模型，计算待测状态高压涡轮转子轴向力。
[0009]进一步地，轴向力评估模型构建模块中的温度修正系数根据公式计算获得，其中为压气机流量引气系数，为待测状态压气机进气质量流量，为空气的定压比热容，为待测状态压气机出口总温，为燃烧室燃烧效率，为待测状态燃油质量流量，为燃料的低热值，为燃气的定压比热容，为发动机在设计点的燃烧室出口总温。
[0010]进一步地，轴向力评估模型构建模块中的转速修正系数根据公式计算获得，为待测状态高压涡轮转速，为设计点高压涡轮转速。
[0011]与现有技术相比，本专利技术所具备的有益效果是：1、本专利技术根据高压涡轮在临界或超临界时高压涡轮转子轴向力值与压气机出口总压之间的线性关系，构建高压涡轮在临界或超临界时高压涡轮转子轴向力评估模型，实时计算台架高压涡轮转子轴向力；且构建的高压涡轮转子轴向力评估模型中，也考虑压气机出口总温以及高压涡轮转子转速对轴向力的影响，采用温度修正系数、转速修正系数对高压涡轮转子轴向力值进行实时修正，更加符合高压涡轮转子轴向力所蕴含的气动本质特征，提高了高压涡轮转子轴向力实时计算的精度，为科研试验安全和加快整机转子轴向力迭代设计结果的收敛提供技术支撑；2、高压涡轮到达临界或超临界时，仅需要压气机出口总压即可实时计算台架高压涡轮转子轴向力，在计算高压涡轮转子轴向力时，所需测试参数少；3、由于压气机出口总压为发动机性能评判和控制所需参数，因此，本专利技术中的高压涡轮转子轴向力评估方法在多种测试状态条件下，尤其是发动机取消大部分台架测试参数的情况下皆可实时计算台架高压涡轮转子轴向力。
附图说明
[0012]图1为实施例中高压涡轮转子轴向力实时评估方法流程图。
具体实施方式
[0013]下面结合实施例及附图对本专利技术作进一步的详细描述。但不应将此理解为本专利技术上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本
技术实现思路
所实现的技术均属于本专利技术的范围。
[0014]实施例参见图1，一种高压涡轮转子轴向力实时评估方法，包括：根据高压涡轮在设计点的进口总温、进口总压、出口总温、出口总压和流量，通过流体仿真软件求解高压涡轮在设计点的转子轴向力仿真值；以压气机出口总压为自变量，根据公式构建高压涡轮临界或超临界时的转子轴向力评估模型，其中为高压涡轮在设计点的转子轴向力仿真值，为高压涡轮在设计点的压气机出口总压，为温度修正系数，取值范围为0.9～1.1，为转速修正系数，取值范围为0.9～1.05；将高压涡轮临界或超临界时待测状态下的压气机出口总压实际值代入所述高压涡轮临界或超临界时的转子轴向力评估模型，计算待测状态高压涡轮转子轴向力。
[0015]在本实施例中，高压涡轮转子达到临界前，可根据高压涡轮转子气动特性、压气机出口总压求解高压涡轮转子轴向力计算，其中为高压涡轮转子叶片轴向力，，为高压涡轮转子叶尖轴向力，/2，为临界前高压涡轮进口流量，为高压涡轮转子进口截面气流轴向速度，为高压涡轮转子出口截面气流轴向速度，为高压涡轮转子进口截面气流静压，为高压涡轮转子出口截面气流静压，为高压涡轮转子叶片进口面积，为高压涡轮转子叶片出口面积，为高压涡轮转子叶片叶尖面积。当高压涡轮达临界后，通过获取设计点状态下高压涡轮的相关气动参数，利用流体仿真软件求解设计点状态达到临界转速后高压涡轮转子轴向力值，再根据临界转速后高压涡轮转子轴向力值与压气机出口总压之间的线性关系，构建临界转速后高压涡轮转子轴向力评估模型，实时计算台架高压涡轮转子轴向力；且构建的高压涡轮转子轴向力评估模型中，也考虑压气机出口总温以及高压涡轮转子转速对轴向力的影响，采用温度修正系数、转速修正系数对高压涡轮转子轴向力值进行实时修正，更加符合高压涡轮转子轴向力所蕴含的气动本质特征，提高了高压涡轮转子轴向力实时计算的精度，为科研试验安全和加快整机转子轴向力迭代设计结果的收敛提供技术支撑。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高压涡轮转子轴向力实时评估方法，其特征在于，包括：根据高压涡轮在设计点的进口总温、进口总压、出口总温、出口总压和流量，通过流体仿真软件求解高压涡轮在设计点的转子轴向力仿真值；以压气机出口总压为自变量，根据公式构建高压涡轮临界或超临界时的转子轴向力评估模型，其中为高压涡轮在设计点的转子轴向力仿真值，为高压涡轮在设计点的压气机出口总压，为温度修正系数，取值范围为0.9～1.1，为转速修正系数，取值范围为0.9～1.05；将高压涡轮临界或超临界时待测状态下的压气机出口总压实际值代入所述高压涡轮临界或超临界时的转子轴向力评估模型，计算待测状态高压涡轮转子轴向力。2.根据权利要求1所述的高压涡轮转子轴向力实时评估方法，其特征在于，所述温度修正系数根据公式计算获得，其中为压气机流量引气系数，为待测状态压气机进气质量流量，为空气的定压比热容，为待测状态压气机出口总温，为燃烧室燃烧效率，为待测状态燃油质量流量，为燃料的低热值，为燃气的定压比热容，为发动机在设计点的燃烧室出口总温。3.根据权利要求1所述的高压涡轮转子轴向力实时评估方法，其特征在于，转速修正系数根据公式计算获得，为待测状态高压涡轮转速，为设计点高压涡轮转速。4.一种高压涡轮转子轴向力实时评估装置，其特征在于，包括：仿真计算模块，...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭令，马波，黄维娜，赵江伟，李波，马健，李晓明，
申请(专利权)人：中国航发四川燃气涡轮研究院，
类型：发明
国别省市：