一种组合动力射流预冷系统水流量的控制方法技术方案

本申请属于航空发动机技术领域，特别涉及一种组合动力射流预冷系统水流量的控制方法，包括开环控制与闭环控制开环控制，基于液体不同的状态，射流预冷系统以不同时间以最大流量供水；闭环控制，通过温度精准控制供水流量，本申请考虑水在喷嘴前管路中存在汽化的状态，采取相应的控制方式，实现更快速的冷却降温目的。考虑射流预冷系统起动时供水延迟的影响，设计相应的控制方式，减少延迟时间。减少延迟时间。减少延迟时间。

【技术实现步骤摘要】
一种组合动力射流预冷系统水流量的控制方法


[0001]本申请属于航空发动机
，特别涉及一种组合动力射流预冷系统水流量的控制方法。

技术介绍

[0002]中国航发动力所积极开展射流预冷发动机关键技术研究，以某型发动机为平台完成地面加温316.7℃下的射流预冷整机地面验证，验证了射流预冷扩展涡轮发动机包线的技术可行性。
[0003]近年来，国内外在涡轮发动机射流预冷扩包线方面开展了大量研究，即在进气道加装喷水预冷装置，向进气道中喷入雾化的液态水，通过水汽化吸热的原理，降低发动机进口总温，在涡轮发动机的几何限制、压力、温度限制和转速限制都不改变的情况下提高飞机的飞行速度。发动机采用射流预冷技术增加推力的基本原理：第一，水蒸发冷却了进气道中的气流，使气流温度下降，提高风扇换算转速，密度增加，进入发动机的空气流量增加，也增大了推力；第二，虽然发动机推力增加主要是靠空气温度下降引起的，但喷入进气道的水汽化也使推力额外增大；第三，工质含湿量增大，气体常数增加，工质热容量变大，发动机排气速度增大，单位推力增大。
[0004]射流预冷系统是用来给大马赫数下的高温空气降温使用的，主要介质是水。在射流预冷系统未工作之前，从计量装置到喷嘴前的管路中是无水状态。当组合动力发动机处于大马赫数状态飞行需要射流预冷系统投入工作的瞬间，由于进口总温较高且高空总压较低，刚刚从计量装置流出的水很容易汽化，水的汽化潜热qv＝2260KJ/kg；T＝100℃，p＝0.01Mpa情况下，未饱和水的焓值h＝2687KJ；根据可知，设C＝4.2KJ/kg，假设1kg水从0℃升高至100℃所需要的能量为420KJ，而1kg水汽化所需要的能量为2260KJ，可见使水汽化需要的能量是水从0℃升高至100℃所需要的能量5倍之多。可以得知，水若在管路中其汽化潜热损失，冷却效果大大降低。
[0005]目前航空发动机利用射流预冷技术喷流降温的方法中主要对液态水的降温效果进行计算和控制，未考虑水在喷嘴前管路中已经汽化的状态，已汽化的水和液态水的降温效果不同，会导致降温效果下降。
[0006]射流预冷系统的计量装置到喷嘴前的管路根据布局需要一般会设计的较长，未考虑每次起动射流预冷系统时管路长度和水流速度对供水时间延迟的影响。若管路较长时，水从计量装置到喷出时间延迟会对降温效果产生影响。
[0007]因此，要达到相应的降温效果对射流预冷系统中水的状态判断及水量的控制方法是十分必要的。

技术实现思路

[0008]为了解决上述问题，本申请提供了一种组合动力射流预冷系统水流量的控制方法，包括开环控制与闭环控制两个步骤，其中：
[0009]步骤S1：开环控制；
[0010]射流预冷系统以最大供水量供水，控水时间具体包括：
[0011]当喷嘴前管路中水的状态为液态时，开环供水持续时间为t；
[0012]当喷嘴前管路中水的状态为水蒸气态时，开环供水持续时间为t+a；
[0013]当喷嘴前管路中水的状态为气液混合态时，开环供水持续时间为t+b；
[0014]其中，t为射流预冷系统开启到液态水充满喷嘴前管路的时间；a为水蒸气态时的预设补偿时间，b为气液混合态时的补偿时间；
[0015]步骤S2：闭环控制；包括：
[0016]S21根据飞机马赫数计算出发动机进口总温的期望值T2Dem，
[0017]S22计算进口总温传感器采集的进口温度T2与发动机进口总温的期望值T2Dem的偏差值DeltaT2；
[0018]S23基于偏差值DeltaT2计算出当前供水量期望值WwDem；
[0019]S24基于所述换算期望值与活门开度标定线计算出当前的活门开度期望值LwDem；
[0020]S25通过当前的活门开度期望值LwDem与计量活门线位移传感器采集开度值Lw做差得到的活门开度偏差值，基于活门开度偏差值计算水量控制电流ILW；
[0021]S26通过水量控制电流ILW控制活门开度进而控制喷嘴前管路中水的流量。
[0022]优选的是，其中，判断喷嘴前管路中水的状态的方法包括：
[0023]令采集的温度值为T3，令采集的压力值为P3；
[0024]基于压力值P3以及关于温度与压力的饱和蒸汽线差值计算出P3对应的饱和温度Tb，
[0025]当T3>Tb时，喷嘴前管路中水为气态；
[0026]当T3＝Tb时，喷嘴前管路中水为气液混合态；
[0027]当T3<Tb时，喷嘴前管路中水为液态。
[0028]优选的是，a取值为2s，b取值为1s。
[0029]优选的是，开环供水持续时间t通过一下公式计算，
[0030][0031]其中：L表示管路长度，d表示管路直径，v表示设计水流速度。
[0032]优选的是，判断喷嘴前管路中水的状态的方法包括：建立水蒸气处于饱和状态时关于温度与压力的热力学参数方程P＝f(T)；
[0033]令采集的温度值为T0，令采集的压力值为P0；
[0034]当f(T0)<P0时，喷嘴前管路中水为气态；
[0035]当f(T0)＝P0时，喷嘴前管路中水为气液混合态；
[0036]当f(T0)<P0时，喷嘴前管路中水为液态。
[0037]本申请的优点包括：
[0038]考虑水在喷嘴前管路中存在汽化的状态，采取相应的控制方式，实现更快速的冷却降温目的。
[0039]考虑射流预冷系统起动时供水延迟的影响，设计相应的控制方式，减少延迟时间。
[0040]既可以解决初始状态水汽化带的冷却效果下降和供水延迟问题，又可以实现填充后的精准控制。
附图说明
[0041]图1是本申请一优选实施方式组合动力射流预冷系统水流量的控制方法流程图。
具体实施方式
[0042]为使本申请的技术方案及其优点更加清楚，下面将结合附图对本申请的技术方案作进一步清楚、完整的详细描述，可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅是本申请的部分实施例，其仅用于解释本申请，而非对本申请的限定。需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本申请相关的部分，其他相关部分可参考通常设计，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的技术特征可以相互组合以得到新的实施例。
[0043]此外，除非另有定义，本申请描述中所使用的技术术语或者科学术语应当为本申请所属领域内一般技术人员所理解的通常含义。本申请描述中所使用的“上”、“下”、“左”、“右”、“中心”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等表示方位的词语仅用以表示相对的方向或者位置关系，而非暗示装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，当被描述对象的绝对位置发生改变后，其相对位置关系也可能发生相应的改变，因此不能理解为对本申请的限制。本申请描述中所使用的“第一”、“第二”、“第三”以及类似用语，仅用于描述目的，用以区分不同的组成本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种组合动力射流预冷系统水流量的控制方法，其特征在于，包括开环控制与闭环控制两个步骤，其中：步骤S1：开环控制；射流预冷系统以最大供水量供水，控水时间具体包括：当喷嘴前管路中水的状态为液态时，开环供水持续时间为t；当喷嘴前管路中水的状态为水蒸气态时，开环供水持续时间为t+a；当喷嘴前管路中水的状态为气液混合态时，开环供水持续时间为t+b；其中，t为射流预冷系统开启到液态水充满喷嘴前管路的时间；a为水蒸气态时的预设补偿时间，b为气液混合态时的补偿时间；步骤S2：闭环控制；包括：S21根据飞机马赫数计算出发动机进口总温的期望值T2Dem，S22计算进口总温传感器采集的进口温度T2与发动机进口总温的期望值T2Dem的偏差值DeltaT2；S23基于偏差值DeltaT2计算出当前供水量期望值WwDem；S24基于所述换算期望值与活门开度标定线计算出当前的活门开度期望值LwDem；S25通过当前的活门开度期望值LwDem与计量活门线位移传感器采集开度值Lw做差得到的活门开度偏差值，基于活门开度偏差值计算水量控制电流ILW；S26通过水量控制电流ILW控制活门开度进而控制喷嘴前管路中水的流量。2.如权利要求1所述的组合动力射...

【专利技术属性】
技术研发人员：童岩鹏，王钊，韩崇鹏，静雨蔚，李文涛，郝彬彬，
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：