一种用于航空发动机起动转速变化率修正的设计方法与流程

本申请属于航空发动机设计领域，特别涉及一种用于航空发动机起动转速变化率修正的设计方法。

背景技术：

1、发动机由静止状态加速到慢车工作状态的过程称为发动机的地面起动过程。作为发动机工作必不可少的一个环节，其性能直接关系着发动机的使用特性。

2、航空发动机的地面起动过程一般分为以下三个阶段。

3、第i阶段：由起动机带动发动机转子加速到点火供油转速n供油，这个阶段内由起动机输出功率克服发动机阻力矩并带动发动机转子进行加速运转。

4、第ii阶段：当发动机到达点火供油转速n供油，向燃烧室供油点火，涡轮开始产生功率和起动机一起带动发动机加速，到起动机脱开转速n脱开为止。

5、第iii阶段：从发动机到达脱开转速n脱开开始，由发动机涡轮剩余功率带动发动机加速到达稳定的慢车转速，起动过程结束。

6、根据发动机起动过程的工作原理，航空发动机起动技术设计主要包括燃烧点火状态的选取、辅助动力的能力和工作范围的确定、燃烧室供油规律的设计、发动机几何可调面积控制规律的设计等等。其中燃烧室供油规律的设计尤为重要，目前较为通用的起动供油规律主要包括：

7、1)按起动时间计算燃油供给量，wf＝f(t)控制规律；

8、2)按燃烧室压力计算燃油供给量，wf＝f(p3)控制规律；

9、3)按燃烧室油气比计算燃油供给量，wf/p3＝f(n)控制规律；

10、4)按转速变化率计算燃油供给量，wf＝f(ndot)控制规律。

11、采用转速变化率计算起动过程供油量是航空发动机起动常用的控制方案。本申请是基于转速变化率计算供油量方式完成的起动机脱开后转速变化率修正方法。

12、发动机起动时，由起动机带动发动机转子部件转动，到达供油转速(n供油)时，开始向燃烧室供油，由发动机涡轮及起动机共同带动转子部件，到达起动机转速(n脱开)或脱开时间(t脱开)后(一般设计为转速先到)，起动机与发动机转子脱开，由发动机涡轮带动转子至慢车转速，起动过程按预定的转子转速变化率控制燃油供给量。

13、转速变化率与发动机转速相关，起动机脱开后，由于突然减少的外部功率输入，发动机转子转速变化率有阶跃性降低，因此，在制定转速变化率时，脱开转速对应的转速变化率有阶跃性的变化，见图1。

14、在实际使用过程中，由于发动机个体差异、大气环境等因素，存在到达起动机脱开时间时未达到脱开转速的情况，而此时转速变化率仍然较大，由于缺少起动机外部功率输入，若要达到当前的转速变化率，需向燃烧室增加燃油供给量，极易造成发动机起动喘振。

技术实现思路

1、本申请的目的是提供了一种用于航空发动机起动转速变化率修正的设计方法，以解决现有技术中航空发动机起动时转速变化率较大并且难以控制的问题。

2、本申请的技术方案是：一种用于航空发动机起动转速变化率修正的设计方法，包括：

3、设置起动机工作时转速变化率及起动机脱开后转速变化率修正量；在起动机工作时，控制系统控制的转速变化率按照起动机工作时的转速变化率基准执行，并获取该状态下的第一转速变化率ndot控制1；

4、在起动机脱开时，获取起动机脱开后转速变化率修正量ndot修正，控制系统控制转速变化率通过起动机脱开后转速变化率修正量ndot修正对第一转速变化率进行修正，得到第二转速变化率ndot控制2。

5、优选地，所述起动机脱开后转速变化率修正量为：

6、

7、式中，mct为起动机输出功率，mk为压气机消耗功率，ηm为机械效率，jz为转子转动惯性矩。

8、优选地，所述第一转速变化率ndot控制1为：

9、ndot控制1＝ndot基准＝f1(n)

10、式中，ndot基准为起动机工作时转速变化率。

11、优选地，所述第二转速变化率ndot控制2为：

12、ndot控制＝ndot基准-ndot修正＝f1(n)-f2(n)。

13、优选地，所述起动机工作时转速变化率ndot基准通过对起动机工作时进行转速采集或现有起动机工作资料获得。

14、优选地，所述起动机脱开后转速变化率修正量ndot修正随时间逐渐减小。

15、本申请的用于航空发动机起动转速变化率修正的设计方法，通过设置起动机工作时转速变化率及起动机脱开后转速变化率修正量；在起动机工作时，控制系统控制的转速变化率按照起动机工作时的转速变化率基准执行，并获取该状态下的第一转速变化率ndot控制1；在起动机脱开时，获取起动机脱开后转速变化率修正量ndot修正，控制系统控制转速变化率通过起动机脱开后转速变化率修正量ndot修正对第一转速变化率进行修正，得到第二转速变化率ndot控制2。通过将起动转速变化率与起动机脱开关联，在起动机脱开时对起动机转速变化率进行修正，有效解决因起动机脱开时间早于脱开转速时造成发动机起动喘振的问题。

技术特征：

1.一种用于航空发动机起动转速变化率修正的设计方法，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述的用于航空发动机起动转速变化率修正的设计方法，其特征在于：所述起动机脱开后转速变化率修正量为：

3.如权利要求1所述的用于航空发动机起动转速变化率修正的设计方法，其特征在于，所述第一转速变化率ndot控制1为：

4.如权利要求3所述的用于航空发动机起动转速变化率修正的设计方法，其特征在于，所述第二转速变化率ndot控制2为：

5.如权利要求3所述的用于航空发动机起动转速变化率修正的设计方法，其特征在于：所述起动机工作时转速变化率ndot基准通过对起动机工作时进行转速采集或现有起动机工作资料获得。

6.如权利要求3所述的用于航空发动机起动转速变化率修正的设计方法，其特征在于：所述起动机脱开后转速变化率修正量ndot修正随时间逐渐减小。

技术总结
本申请属于航空发动机设计领域，为一种用于航空发动机起动转速变化率修正的设计方法，通过设置起动机工作时转速变化率及起动机脱开后转速变化率修正量；在起动机工作时，控制系统控制的转速变化率按照起动机工作时的转速变化率基准执行，并获取该状态下的第一转速变化率n<subgt;dot控制1</subgt;；在起动机脱开时，获取起动机脱开后转速变化率修正量n<subgt;dot修正</subgt;，控制系统控制转速变化率通过起动机脱开后转速变化率修正量n<subgt;dot修正</subgt;对第一转速变化率进行修正，得到第二转速变化率n<subgt;dot控制2</subgt;。通过将起动转速变化率与起动机脱开关联，在起动机脱开时对起动机转速变化率进行修正，有效解决因起动机脱开时间早于脱开转速时造成发动机起动喘振的问题。

技术研发人员：张鑫,李长晖,黄敬杰
受保护的技术使用者：中国航发沈阳发动机研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/5/12