CN116677637B - 一种用核心机模拟整机条件下压气机工作环境的方法 - Google Patents
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Abstract
本申请属于航空发动机设计领域，为一种用核心机模拟整机条件下压气机工作环境的方法，通过先获取整机各转速下的压气机进口总温、总压平均值及总压分布情况，而后确定核心机进口的温度压力特性，并对应安装扰流网，然后开展扰流网吹风试验，获得不同气流速度下的扰流网总压损失，进行核心机条件下压气机工作环境与整机环境下压气机工作环境的吻合度检验，满足要求后，再对装配扰流网的核心机进口处加温加压，通过核心机进行整机环境模拟检查试验，并进行吻合度的进一步验证。从而用核心机有效模拟了压气机进口条件，准确获得整机环境下压气机特性，解决了现有技术无法在整机工作环境下获得压气机特性的问题。
Description
技术领域
本申请属于航空发动机设计领域，特别涉及一种用核心机模拟整机条件下压气机工作环境的方法。
背景技术
随着航空武器装备的发展，不断追求高性能的航空发动机。相应的要求发动机各部件在高温、高转速的恶劣环境下具有高性能，并需要各部件之间能够良好匹配。如果各部件性能不达标或相互之间不匹配工作，会进一步恶化各部件工作环境，容易出现性能下降、压缩部件稳定裕度不足、高温部件烧蚀、可靠性降低等问题。因此高性能航空发动机工作过程中必须各部件之间有良好的匹配。因此研制过程中必须要掌握各部件在整机环境下的性能表现。
目前通常采用根据整机环境下测量出的压气机进口平均总温、总压，在核心机进口加温和加压使得核心机进口总温和总压与整机条件下压气机进口平均总温和总压一致的模拟方法获得压气机流量。但该方法未考虑整机环境下压气机进口总压的不均匀度，导致用核心机模拟的整机环境与真实工作环境有偏离，在核心机上获得的压气机特性与整机环境下压气机真实特性有偏离，对整机匹配优化，压气机部件改进带来一定的不确定性。
因此如何在整体条件下有效获取压气机部件特征是一个需要解决的问题。
发明内容
本申请的目的是提供了一种用核心机模拟整机条件下压气机工作环境的方法，能够在整机工作环境下获得压气机特性，包括等转速换算流量、效率、压比和喘振裕度，有效解决了整机条件下无法获得压气机特性的问题，为整机匹配优化、部件改进和气动稳定性评估等提供了重要依据。
本申请的技术方案是：一种用核心机模拟整机条件下压气机工作环境的方法，包括：
在整机上开展压气机进口总温、总压测量试验，获取整机各转速下的压气机进口总温、总压平均值及总压分布情况；
根据压气机进口的总温、总压平均值及总压分布情况，确定核心机进口的温度压力特性，根据温度压力特征设计并加工扰流网，而后在核心机进口处安装扰流网；
在风洞试验器上开展扰流网吹风试验，获得不同气流速度下的扰流网总压损失，并与整机条件下的各转速压气机进口总压径向分布进行对比，如果分布误差在3%以内，则不进行扰流网的修正；如果误差超过3%，则对扰流网进行对应的修正并重复进行扰流网吹风试验，直至分布误差在3%以内；
根据整体条件下的压气机进口总温和总压，对装配扰流网的核心机进口处加温加压，通过核心机进行整机环境模拟检查试验；
采集整机环境模拟检查试验中的压气机进口总温、总压，与相同状态下的整机上测量的压气机进口总温、总压进行对比，如果压气机进口径向各测点总温误差小于第一阈值、总压偏差小于第二阈值，则认为用核心机模拟整机条件下压气机工作环境准确，如果压气机进口径向各测点总温误差大于第一阈值、总压偏差大于第二阈值，则检查并修正压气机及其相关部件，而后重复开展整机环境模拟检查试验，直至满足第一阈值和第二阈值要求。
优选地，所述扰流网包括骨架、基网和贴网，所述骨架与压气机进口可拆卸连接，所述基网可拆卸连接于骨架上，所述骨架与基网均匀分布于压气机进口处，所述贴网可拆卸连接于基网上并根据设计需求安装于发动机进口的局部位置。
优选地，在对核心机进口处进行加温加压的同时，在压气机的引气流路上安装节流元件，并判断压气机的引气比例是否与整机的引气比例相同，若不同，则根据实际的大小增加或减少引气元件，直至压气机与整机的引气比例相同。
优选地，所述第一阈值为1℃，第二阈值为0.5%；采用检查压气机进口加温、加压状态、测试系统的准确性或扰流网的变形的方式进行压气机的修正。
本申请的一种用核心机模拟整机条件下压气机工作环境的方法，通过先获取整机各转速下的压气机进口总温、总压平均值及总压分布情况，而后确定核心机进口的温度压力特性，并对应安装扰流网，然后开展扰流网吹风试验，获得不同气流速度下的扰流网总压损失，进行核心机条件下压气机工作环境与整机环境下压气机工作环境的吻合度检验，满足要求后，再对装配扰流网的核心机进口处加温加压，通过核心机进行整机环境模拟检查试验，并进行吻合度的进一步验证。从而用核心机有效模拟了压气机进口条件，准确获得整机环境下压气机特性，解决了现有技术无法在整机工作环境下获得压气机特性的问题，为整机涵道比确定、部件性能优化等提供了重要支撑。
附图说明
为了更清楚地说明本申请提供的技术方案，下面将对附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述的附图仅仅是本申请的一些实施例。
图1为本申请整体流程示意图；
图2为本申请整体条件下压气机进口总压径向分布示意图；
图3为本申请扰流网局部结构示意图。
具体实施方式
为使本申请实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行更加详细的描述。
一种用核心机模拟整机条件下压气机工作环境的方法，如图1所示，包括如下步骤：
步骤S100，获得整机环境下个转速压气机进口压力分布
在整机上开展压气机进口总温、总压测量试验，获取整机各转速下的压气机进口总温、总压平均值及总压分布情况。一种总压分布示意图如图2所示，其中P23R为压气机进口总压；h23R为压气机进口通道高度，可以看出，不同高度位置处压气机的进口总压并不相同，部分位置处进口总压相差较大，存在进气畸变，如果要准确的反映整机条件下的压气机的进气特性，则需要有效模拟该进气畸变。
步骤S200，用核心机模拟整体条件下压气机工作环境的装置
根据压气机进口的总温、总压平均值及总压分布情况，确定核心机进口的温度压力特性，根据温度压力特征设计并按照图纸加工扰流网，而后在核心机进口处安装扰流网。
如图3所示，扰流网包括骨架、基网和贴网。骨架与压气机进口可拆卸连接，具体可以为螺栓、插销等方式，用于对基网和贴网进行支撑；基网可拆卸连接于骨架上，基网的网孔较大，网丝较粗，用于支撑贴网；骨架与基网均匀分布于压气机进口处，所述贴网可拆卸连接于基网上并根据设计需求安装于发动机进口的局部位置，用于产生进气畸变，根据压气机进口径向总压分布确定相应结构参数的贴网。
通过在核心机进口处安装扰流网，模拟整机环境下压气机进口的压力分布，进一步提高了核心机条件下压气机工作环境与整机环境下压气机工作环境的吻合度。
步骤S300，扰流网吹风试验
在风洞试验器上开展扰流网吹风试验，获得不同气流速度下的扰流网总压损失，并与整机条件下的各转速压气机进口总压径向分布进行对比，如果分布误差在3%以内，则不进行扰流网的修正；如果误差超过3%，则对扰流网进行对应的修正并重复进行扰流网吹风试验，直至分布误差在3%以内。其中3%为参考值，根据试验精度要求选定。
通过进行扰流网吹风试验，能够验证核心机条件下压气机工作环境与整机环境下压气机工作环境的吻合度，沿验证出吻合度达到设计要求后，说明准确模拟了整体条件下的发动机进气畸变。
步骤S400，整机条件下压气机工作环境模拟
根据整体条件下的压气机进口总温和总压，对装配扰流网的核心机进口处加温加压，通过核心机进行整机环境模拟检查试验；
用核心机模拟整机工作环境下的压气机工作情况，还需考虑压气机的引气比例与整机相同。由于压气机引气的一部分排入到高压涡轮盘后，在低压涡轮导叶前，但核心机中没有低压涡轮，因此压气机引气的排入环境与整机有差异，会导致核心机模拟的压气机引气通常比整机上的压气机引气量大。针对该问题，在压气机的引气流路上安装节流元件，并判断压气机的引气比例是否与整机的引气比例相同，若不同，则根据实际的大小增加或减少引气元件，直至压气机与整机的引气比例相同。
通过该步骤，进一步模拟整体条件下的压气机总温、总压和引气特征，从而进一步提升核心机条件下压气机工作环境与整机环境下压气机工作环境的吻合度，经过该步骤，基本上完全模拟了整机条件下的压气机工作环境。
步骤S500，整机条件下压气机工作环境模拟试验
采集整机环境模拟检查试验中的压气机进口总温、总压，与相同状态下的整机上测量的压气机进口总温、总压进行对比，如果压气机进口径向各测点总温误差小于第一阈值、总压偏差小于第二阈值，则认为用核心机模拟整机条件下压气机工作环境准确，如果压气机进口径向各测点总温误差大于第一阈值、总压偏差大于第二阈值，则检查并修正压气机及其相关部件，而后重复开展整机环境模拟检查试验，直至满足第一阈值和第二阈值要求。
优选地，第一阈值为1℃，第二阈值为0.5%；进行压气机修正时，检查压气机进口加温、加压状态、测试系统的准确性、扰流网的变形等。
通过该步骤，验证了核心机条件下压气机工作环境与整机环境下压气机工作环境的吻合度。
本申请通过先获取整机各转速下的压气机进口总温、总压平均值及总压分布情况，而后确定核心机进口的温度压力特性，并对应安装扰流网，然后开展扰流网吹风试验，获得不同气流速度下的扰流网总压损失，进行核心机条件下压气机工作环境与整机环境下压气机工作环境的吻合度检验，满足要求后，再对装配扰流网的核心机进口处加温加压，通过核心机进行整机环境模拟检查试验，并进行吻合度的进一步验证。从而用核心机有效模拟了压气机进口条件，准确获得整机环境下压气机特性，解决了现有技术无法在整机工作环境下获得压气机特性的问题，为整机涵道比确定、部件性能优化等提供了重要支撑。
以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (4)
1.一种用核心机模拟整机条件下压气机工作环境的方法，其特征在于，包括：
在整机上开展压气机进口总温、总压测量试验，获取整机各转速下的压气机进口总温、总压平均值及总压分布情况；
根据压气机进口的总温、总压平均值及总压分布情况，确定核心机进口的温度压力特性，根据温度压力特征设计并加工扰流网，而后在核心机进口处安装扰流网；
在风洞试验器上开展扰流网吹风试验，获得不同气流速度下的扰流网总压损失，并与整机条件下的各转速压气机进口总压径向分布进行对比，如果分布误差在3%以内，则不进行扰流网的修正；如果误差超过3%，则对扰流网进行对应的修正并重复进行扰流网吹风试验，直至分布误差在3%以内；
根据整体条件下的压气机进口总温和总压，对装配扰流网的核心机进口处加温加压，通过核心机进行整机环境模拟检查试验；
采集整机环境模拟检查试验中的压气机进口总温、总压，与相同状态下的整机上测量的压气机进口总温、总压进行对比，如果压气机进口径向各测点总温误差小于第一阈值、总压偏差小于第二阈值，则认为用核心机模拟整机条件下压气机工作环境准确，如果压气机进口径向各测点总温误差大于第一阈值、总压偏差大于第二阈值，则检查并修正压气机及其相关部件，而后重复开展整机环境模拟检查试验，直至满足第一阈值和第二阈值要求。
2.如权利要求1所述的用核心机模拟整机条件下压气机工作环境的方法，其特征在于：所述扰流网包括骨架、基网和贴网，所述骨架与压气机进口可拆卸连接，所述基网可拆卸连接于骨架上，所述骨架与基网均匀分布于压气机进口处，所述贴网可拆卸连接于基网上并根据设计需求安装于发动机进口的局部位置。
3.如权利要求1所述的用核心机模拟整机条件下压气机工作环境的方法，其特征在于：在对核心机进口处进行加温加压的同时，在压气机的引气流路上安装节流元件，并判断压气机的引气比例是否与整机的引气比例相同，若不同，则根据实际的大小增加或减少引气元件，直至压气机与整机的引气比例相同。
4.如权利要求1所述的用核心机模拟整机条件下压气机工作环境的方法，其特征在于：所述第一阈值为1℃，第二阈值为0.5%；采用检查压气机进口加温、加压状态、测试系统的准确性或扰流网的变形的方式进行压气机的修正。
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