【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及航空发动机空气系统非设计泄漏精细化设计，具体涉及一种用于整机环境条件下w型封严环的泄漏流量计算方法。
技术介绍
1、密封在航空发动机设计中占有非常重要的地位，优质的密封性能不仅能够保证发动机的安全，还能显著提高发动机推力并降低耗油率。航空发动机涉及的密封种类及形式多种多样。传统静密封件(橡胶圈)由于其弹性率大而在各类机械装置中得到广泛应用，但由于其使用温度范围窄等原因，不能满足航空发动机的高温环境，故而出现了耐高温的金属环形密封件。随着航空发动机性能的不断提升，高温、高压、高振动及气体腐蚀共同作用的苛刻工况也成为静密封元件的设计难点。基于对密封件回弹性、抗振性、密封性的不断追求，以及受航空发动机结构紧凑，设计空间小的限制，演变出多种截面形状的金属封严环，如，空心o型、c型、u型、v型、ω型、w型，以适应行业需求。其中w形封严环凭借其高回弹能力、强追随性及较低的成本等优势成为航空发动机及燃气轮机领域着重发展与研究的一类弹性静密封结构。
2、目前，w型封严环已广泛应用于航空发动机中，主要用于阻隔主流燃气与二股流气体，控制气体泄漏率，从而实现密封作用，防止燃气倒灌引起超温或出现过量冷气泄漏影响冷却系统威胁发动机安全。当航空发动机正常工作时，位于w型封严环上、下游之间的气体不可避免地会出现从高压侧向低压侧的泄漏。如何准确地评估w型封严环的泄漏流量是空气系统非设计性泄漏关注的重点之一。
3、由于w型封严环在发动机工作状态处于高温、高压环境中，受到结构空间和试验测试设备能力的限制，难以在发动机工作状态下
4、因此，需提出一种技术方案来克服或至少减轻现有技术的至少一个上述缺陷。
技术实现思路
1、有鉴于此，本申请实施例提供一种用于整机环境条件下w型封严环的泄漏流量计算方法，可以实现快速准确评估整机环境条件下w型封严环的泄漏流量，从而准确分析w型封严环非设计泄漏流量，为空气系统工程设计与计算分析提供支撑。
2、本申请实施例提供以下技术方案：一种用于整机环境条件下w型封严环的泄漏流量计算方法，包括：
3、步骤1、进行发动机典型状态点整机试验，依据整机试验数据分别计算各典型状态下w型封严环泄漏间隙，并获得各典型状态下w型封严环泄漏流量试验值；
4、步骤2、基于空气系统一维网络法，采用上游封严腔、下游环境腔以及w型封严环非设计泄漏单元，搭建w型封严环非设计泄漏仿真计算网络；
5、步骤3、基于所述整机试验数据，依据所述w型封严环非设计泄漏仿真计算网络和边界条件，构建w型封严环非设计泄漏仿真模型，获得w型封严环非设计泄漏流量的第一函数关系式；
6、步骤4、根据发动机各典型状态下w型封严环泄漏流量试验值，对所述w型封严环非设计泄漏仿真模型进行校核修正，直至各典型状态下非设计泄漏仿真模型输出的泄漏流量仿真值与泄漏流量试验值之间的相对误差均小于设定的误差阈值，获得校核后的非设计泄漏仿真模型；
7、步骤5、将所述校核后的非设计泄漏仿真模型融入到整机空气系统仿真计算模型中，采用空气系统一维网络法完成迭代计算，获得发动机所有试车工况下w型封严环非设计泄漏流量。
8、根据本申请一种实施例，步骤1中，包括：
9、步骤1.1、将w型封严环沿周向平均划分成n个扇形段并分别进行标记，测量每个扇形段的外径ri和内径ri，以及在w型封严环处于自由状态时的轴向长度li和安装在航空发动机中处于压缩状态时的轴向长度si，计算w型封严环第i个扇形段的初始压缩量δli＝li-si；
10、其中，i表示第i个扇形段，i＝1...n；
11、步骤1.2、在w型封严环上游封严腔中，与所述w型封严环的每个扇形段相对应的位置处均分别布置总压测点、静压测点和总温测点；在w型封严环下游环境腔中，与所述w型封严环的每个扇形段相对应的位置处均分别布置静压测点和总温测点；
12、步骤1.3、通过各测点，采集发动机各典型状态下w型封严环上游封严腔内气体的总压pt1i、静压ps1i和总温tt1i；采集w型封严环下游环境腔内气体的静压ps2i和总温tt2i；
13、步骤1.4、通过步骤1.3中采集的数据，计算发动机各典型状态下w型封严环每一个扇形段径向所受到的压力载荷fi；
14、步骤1.5、根据径向的压力载荷fi，计算发动机各典型状态下在内外侧封严压差作用下w型封严环第i个扇形段的径向压缩变形量ti；
15、步骤1.6、根据发动机各典型状态下的径向压缩变形量ti，计算w型封严环第i个扇形段的轴向泄漏间隙δi，通过所述轴向泄漏间隙δi计算发动机各典型状态下的w型封严环第i个扇形段的泄漏面积ai；
16、步骤1.7、根据泄漏面积ai，计算发动机各典型状态下的w型封严环第i个扇形段的泄漏流量gi；
17、步骤1.8、根据第i个扇形段的泄漏流量gi，分别计算发动机各典型状态下w型封严环的总泄漏流量g。
18、根据本申请一种实施例，步骤1.4中，压力载荷fi通过下式计算：
19、fi＝π*(ri+ri)*(ps1i-ps2i)*si/n
20、其中，π为圆周率，ri为第i个扇形段的外径，ri为第i个扇形段的内径，ps1i为w型封严环上游封严腔内气体的静压，ps2i为w型封严环下游环境腔内气体的静压，si为w型封严环安装在航空发动机中处于压缩状态时的轴向长度，i＝1...n。
21、根据本申请一种实施例，步骤1.5中，在内外侧封严压差作用下w型封严环第i个扇形段的径向压缩变形量ti通过下式计算：
22、
23、其中，n为w型封严环的匝数，fi为压力载荷，ri为第i个扇形段的内径，e为w型封严环材料的杨氏模量，ε为封严环径向压缩修正系数。
24、根据本申请一种实施例，步骤1.6中，轴向泄漏间隙δi通过下式计算：
25、
26、其中，n为w型封严环的匝数，ps1i为w型封严环上游封严腔内气体的静压，ps2i为w型封严环下游环境腔内气体的静压，ti为第i个扇形段的径向压缩变形量，δli为第i个扇形段的初始压缩量，e为自然常数。
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1.一种用于整机环境条件下W型封严环的泄漏流量计算方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的用于整机环境条件下W型封严环的泄漏流量计算方法，其特征在于，步骤1中，包括：
3.根据权利要求2所述的用于整机环境条件下W型封严环的泄漏流量计算方法，其特征在于，步骤1.4中，压力载荷Fi通过下式计算：
4.根据权利要求2所述的用于整机环境条件下W型封严环的泄漏流量计算方法，其特征在于，步骤1.5中，在内外侧封严压差作用下W型封严环第i个扇形段的径向压缩变形量ti通过下式计算：
5.根据权利要求2所述的用于整机环境条件下W型封严环的泄漏流量计算方法，其特征在于，步骤1.6中，轴向泄漏间隙δi通过下式计算：
6.根据权利要求2所述的用于整机环境条件下W型封严环的泄漏流量计算方法，其特征在于，步骤1.6中，泄漏面积Ai通过下式计算：
7.根据权利要求2所述的用于整机环境条件下W型封严环的泄漏流量计算方法，其特征在于，步骤1.7中，
8.根据权利要求2所述的用于整机环境条件下W型封严环的泄漏流量计算方法，
9.根据权利要求2所述的用于整机环境条件下W型封严环的泄漏流量计算方法，其特征在于，步骤1.8中，W型封严环的总泄漏流量G通过下式计算：
10.根据权利要求1所述的用于整机环境条件下W型封严环的泄漏流量计算方法，其特征在于，步骤4中，所述误差阈值为0.3％～1.5％。
...【技术特征摘要】
1.一种用于整机环境条件下w型封严环的泄漏流量计算方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的用于整机环境条件下w型封严环的泄漏流量计算方法，其特征在于，步骤1中，包括：
3.根据权利要求2所述的用于整机环境条件下w型封严环的泄漏流量计算方法，其特征在于，步骤1.4中，压力载荷fi通过下式计算：
4.根据权利要求2所述的用于整机环境条件下w型封严环的泄漏流量计算方法，其特征在于，步骤1.5中，在内外侧封严压差作用下w型封严环第i个扇形段的径向压缩变形量ti通过下式计算：
5.根据权利要求2所述的用于整机环境条件下w型封严环的泄漏流量计算方法，其特征在于，步骤1.6中，轴向泄漏间隙δi通过下式计算：...
【专利技术属性】
技术研发人员：张灵俊，郭文，邓庆波，陈阿龙，肖双强，王钦钦，高杰，陈磊，
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：
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