一种雷诺数对涡扇发动机气动稳定性影响评估方法与流程

1.本技术属于发动机设计技术领域，具体涉及一种雷诺数对涡扇发动机气动稳定性影响评估方法。


背景技术：

2.涡扇发动机在设计过程中，除了要实现其性能优、可靠性高的要求外，还必须要满足飞机适用性技术指标，即要求在整个飞行包线范围内要稳定工作，避免出现各降稳因子所带来的需用稳定裕度超过发动机的可用稳定裕度从而造成气动失稳的情况。影响发动机稳定裕度的降稳因子分为内部因子和外部因子两种。国外众多相关试验和计算表明，雷诺数及功率提取等降稳因子在高空范围内对发动机气动稳定性影响较大，特别是在高空小表速范围内，雷诺数处于非自模区，雷诺数小于临界雷诺氏，压气机、涡轮部件工作效率大为降低，其压缩部件喘振边界向下移动，导致发动机气动稳定性变差，这将严重影响发动机工作安全。因此，研究雷诺数对发动机气动稳定性影响，特别是高空小表速范围内影响程度，对于发动机全包线范围内稳定性评估具有重要意义。
3.目前雷诺数对发动机气动稳定性影响大多都是理论计算，部分评估仅限于压气机、涡轮等部件开展，较少有从整机角度及整机试验角度开展雷诺数对发动机影响研究。而雷诺数在高空范围内对发动机气动稳定性影响较大，特别是在高空小表速范围内，雷诺数处于非自模区，雷诺数小于临界雷诺氏，压气机、涡轮部件工作效率大为降低，其压缩部件喘振边界向下移动，导致发动机气动稳定性变差，这将严重影响发动机工作安全。因此，研究雷诺数对发动机气动稳定性影响，特别是高空小表速范围内影响程度，对于发动机全包线范围内稳定性评估具有重要意义。


技术实现要素：

4.为了解决上述问题，本技术提供了一种雷诺数对涡扇发动机气动稳定性影响评估方法，对雷诺数对发动机气动稳定性影响关系，定义相关修正参数，建立雷诺数修正部件特性，通过计算模型评估出雷诺数对于发动机气动稳定性的影响规律及量值；通过某型涡扇发动机地面进气压力畸变试验(插板试验)及高空进气压力畸变试验(插板试验)对理论计算结果进行验证，从工程实际角度出发，得出雷诺数对于发动机气动稳定性影响程度，具有较强的工程应用价值。
5.本技术雷诺数对涡扇发动机气动稳定性影响评估方法，包括：
6.步骤s1、针对涡扇发动机架构组成，确定雷诺数影响性能的部件及部件工作参数；
7.步骤s2、针对雷诺数影响的部件，开展雷诺数特征尺寸参数计算；
8.步骤s3、对涡扇发动机旋转部件进行修正，确定经雷诺数修正后的部件特性；
9.步骤s4、将所述部件特性代入整机性能计算模型中，分别在无雷诺数修正和雷诺数修正条件下计算发动机气动参数；
10.步骤s5、确定雷诺数对涡扇发动机气动稳定性影响量值。
11.优选的是，步骤s2之前包括：根据部件结构尺寸定义雷诺数。
12.优选的是，步骤s3中，所述旋转部件包括压气机、涡轮部件。
13.优选的是，步骤s5之后，进一步包括：
14.步骤s6、开展雷诺数影响整机试验验证，开展进气压力畸变试验，确定发动机临界畸变指数，进而确定整机风扇后压气机可用裕度变化；
15.步骤s7、确定不同高度条件下雷诺数对整机风扇或压气机气动稳定性影响量级，从而修正所述影响量值。
16.优选的是，步骤s6中，在不同高度、相同表速及相同发动机换算转速下进行进气压力畸变试验。
17.优选的是，开展进气压力畸变试验时，通过进气畸变插板逐步递进深度，使发动机失稳，获得临界畸变指数。
18.本技术通过针对雷诺数对发动机各部件，尤其是旋转部件几何特征参数的影响关系，得出风扇、压气机、涡轮等旋转部件特性修正的计算公式，进行部件特性的雷诺数修正，代入整机性能计算模型中，在发动机不同进口条件下，即不同雷诺数条件下，得出雷诺数对风扇和压气机气动稳定性影响关系。然后又针对该型发动机进行高空进气畸变试验，分别在地面高度、5km、11km、15km、18km高度及不同表速、相同发动机换算转速条件下开展进气压力畸变试验，通过发动机失稳得到临界畸变指数变化，从而评估雷诺数对整机的气动稳定性影响程度。
19.本技术能够准确获得雷诺数对涡扇发动机整机气动稳定性影响关系，避免发动机出现因为雷诺数影响导致发动机可用裕度不足的情况。
附图说明
20.图1为本技术雷诺数对涡扇发动机气动稳定性影响评估方法的流程图。
具体实施方式
21.为使本技术实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施方式中的附图，对本技术实施方式中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施方式是本技术一部分实施方式，而不是全部的实施方式。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，旨在用于解释本技术，而不能理解为对本技术的限制。基于本技术中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本技术保护的范围。下面结合附图对本技术的实施方式进行详细说明。
22.针对雷诺数对发动机各部件，尤其是旋转部件几何特征参数的影响关系，得出风扇、压气机、涡轮等旋转部件特性修正的计算公式，进行部件特性的雷诺数修正，代入整机性能计算模型中，在发动机不同进口条件下，即不同雷诺数条件下，得出雷诺数对风扇和压气机气动稳定性影响关系。然后又针对该型发动机进行高空进气畸变试验，分别在地面高度、5km、11km、15km、18km高度及不同表速、相同发动机换算转速条件下开展进气压力畸变试验，通过发动机失稳得到临界畸变指数变化，从而评估雷诺数对整机的气动稳定性影响程度。
23.如图1所示，本技术雷诺数对涡扇发动机气动稳定性影响评估方法，主要包括：
24.步骤s1、针对涡扇发动机架构组成，确定雷诺数影响性能的部件及部件工作参数；
25.步骤s2、针对雷诺数影响的部件，开展雷诺数特征尺寸参数计算；
26.步骤s3、对涡扇发动机旋转部件进行修正，确定经雷诺数修正后的部件特性；
27.步骤s4、将所述部件特性代入整机性能计算模型中，分别在无雷诺数修正和雷诺数修正条件下计算发动机气动参数；
28.步骤s5、确定雷诺数对涡扇发动机气动稳定性影响量值。
29.首先，在步骤s1中，针对涡扇发动机架构组成，分析雷诺数可能影响性能的部件及部件工作参数。
30.其次，在步骤s2中，针对雷诺数影响的部件，开展雷诺数特征尺寸参数计算，计算前需根据部件结构尺寸定义雷诺数，其中常规涡扇发动机旋转部件一般需要修正，例如压气机压比、压气机流量、压气机效率、涡轮落压比、涡轮效率、涡轮流量等。
31.之后，在步骤s3中，开展雷诺数部件特性修正计算，可根据航标hb 20262-2016、hb 20265-2016查询对应雷诺数修正量值进行初值赋值修正，其中雷诺数标准需根据进口条件进行选择，最终得出雷诺数修正后的部件特性，如压气机特性及涡轮特性；然后代入整机性能计算模型中进行计算，分别在无雷诺数修正和雷诺数修正条件下进行计算，发动机状态应保持一致，从而得出雷诺数对涡扇发动机气动稳定性影响量值；
32.最后，开展雷诺数影响整机试验验证，分别在地面高度、5km、11km、15km、18km高度(如条件允许也可加密高度试验)及相同表速、相同发动机换算转速条件下开展进气压力畸变试验，可参考表1开展，其中保证包线内高度和表速一致、发动机换算转速一致，通过进气畸变插板逐步递进深度，使发动机失稳，从而摸索出发动机临界畸变指数；不同高度条件下对应临界畸变指数的变化可计算出整机风扇或压气机可用裕度的变化，从而总结出不同高度条件下对应相应雷诺数对应整机风扇或压气机气动稳定性影响规律(量级)，可依据试验结果返回性能计算模型中对其影响因子进行修正。
33.表1高空进气压力畸变试验点方案
[0034][0035][0036]
本技术提出了一种雷诺数对整机发动机气动稳定性影响的评估方法，通过针对雷
诺数对发动机各部件，尤其是旋转部件几何特征参数的影响关系，得出风扇、压气机、涡轮等旋转部件特性修正的计算公式，进行部件特性的雷诺数修正，代入整机性能计算模型中，在发动机不同进口条件下，即不同雷诺数条件下，得出雷诺数对风扇和压气机气动稳定性影响关系。
[0037]
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本技术作了详尽的描述，但在本技术基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本技术精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本技术要求保护的范围。