一种基于裕度控制的减速过程喷口控制规律设计方法与流程

1.本技术属于发动机试验技术领域，具体涉及一种基于裕度控制的减速过程喷口控制规律设计方法。


背景技术：

2.某型发动机在使用过程中,偶有由于减速油量过多或者进气畸变偏大,导致发动机剩余裕度不足出现喘振问题。一般情况下，出现喘振问题后通过增加减速油量，延长减速时间解决。该调整会导致所有情况下的减速性偏长，部分区域不能满足使用需求。
3.目前，航空发动机减速过程中，喷口控制一般与加速控制一致，按最小机械喷口控制或者按低压换算转速升高逐渐减小控制。发动机喷口相对偏小，导致风扇剩余裕度偏小，加之减速过程中风扇工作线会向喘振边界移动，使得减速过程中风扇更容易出现喘振。当发生喘振后，需要用户进行流道检查，提高减速油量，地面开车验证等工作，不仅增加了使用风险，还增加了用户调整的工作量。


技术实现要素：

4.为了解决上述问题之一，本技术提供了一种基于裕度控制的减速过程喷口控制规律设计方法，通过设置减速过程中喷口控制规律，既保证减速过程发动机的工作稳定性，又能保证减速性满足用户需求。
5.本技术提供的基于裕度控制的减速过程喷口控制规律设计方法，主要包括：
6.步骤s1、在初始给定的喷口面积下，通过试车过程中测量的发动机进口总温与低压物理转速，确定低压换算转速；
7.步骤s2、通过试车过程中测量的发动机进口总压、静压和进口面积，确定风扇进口换算流量；
8.步骤s3、根据测量的风扇出口内涵总压及风扇出口外涵总压计算风扇压比；
9.步骤s4、根据风扇进口换算流量与风扇压比计算风扇裕度；
10.步骤s5、确定计算的风扇裕度是否大于当前低压换算转速对应的设计裕度，若计算的风扇裕度小于当前低压换算转速对应的设计裕度，则进一步放大喷口面积，重新返回步骤s1进行试车，直至计算的风扇裕度大于等于当前低压换算转速对应的设计裕度，完成该低压换算转速的喷口面积设计，之后返回步骤s1对其它低压换算转速的喷口面积进行设计。
11.优选的是，步骤s1中，确定低压换算转速包括：
[0012][0013]
其中，n
1r
为低压换算转速，t1为发动机进口总温，n1为低压物理转速。
[0014]
优选的是，步骤s2进一步包括：
[0015]
步骤s21、通过发动机进口总压、静压和进口面积，按照流量公式计算出发动机进
口空气流量；
[0016]
步骤s22、基于步骤s1测量的发动机进口总温计算所述风扇进口换算流量。
[0017]
优选的是，步骤s22中，计算所述风扇进口换算流量包括：
[0018][0019]
其中，w
1r
为风扇进口换算流量，w1为发动机进口空气流量，t1为发动机进口总温，p1为发动机进口静压。
[0020]
优选的是，步骤s3中，计算风扇压比包括：
[0021][0022]
其中，πf为风扇压比，p
13
为风扇出口内涵总压，p
23
为风扇出口外涵总压，p1为发动机进口静压，k
13
为风扇出口内涵总压系数，k
23
为风扇出口外涵总压系数。
[0023]
优选的是，所述设计裕度为当前低压换算转速对应的稳态时的裕度减去减速过程中相对稳态保留的剩余裕度后形成。
[0024]
本技术的关键点在于如何确保在减速性满足要求的前提下，保证发动机的工作稳定性。
[0025]
本技术可以在保证发动机工作稳定性的同时，保证减速性能满足用户要求。采用本技术提供的喷口控制规律对发动机进行喷口控制，可以极大的提高发动机的稳定性，减少由于发动机喘振带来的排故工作量，降低发动机的使用风险，节约发动机的寿命和试车资源。
附图说明
[0026]
图1为本技术基于裕度控制的减速过程喷口控制规律设计方法的一优选实施例的流程图。
[0027]
图2为风扇工作线示意图。
具体实施方式
[0028]
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做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。
[0029]
根据发动机原理可知，当发动机减速时，风扇工作线会向着喘振边界移动(见图2)；加之，减速过程中喷口面积(a8)采用与加速过程一致的控制规律(加速过程为了快速提供推力，喷口控制会相对偏小)，使减速过程中风扇工作线更加靠近喘振边界。因此，可以通过采用相对加速过程更大的喷口面积进行控制(喷口面积放大，喘振工作线远离喘振边界，
见图2)，可以达到增加风扇喘振裕度的目的。
[0030]
鉴于喷口面积放大后，发动机的转差会减小(即同高压换算转速n
2r
下，低压换算转速n
1r
更高)，使得发动机减速性变慢，但喷口面积放大后，压气机出口压力降低，导致发动机的减速供油量更小，使得发动机的减速性变快。一般情况下，喷口放大后，压气机出口压力降低对于减速性的影响大于转差减小的影响，即发动机减速性也会有一定的提升。
[0031]
本技术提供的基于裕度控制的减速过程喷口控制规律设计方法，如图1所示，主要包括：
[0032]
步骤s1、在初始给定的喷口面积下，通过试车过程中测量的发动机进口总温与低压物理转速，确定低压换算转速。
[0033]
在一些可选实施方式中，步骤s1中，确定低压换算转速包括：
[0034][0035]
其中，n
1r
为低压换算转速，t1为发动机进口总温，n1为低压物理转速。
[0036]
步骤s2、通过试车过程中测量的发动机进口总压、静压和进口面积，确定风扇进口换算流量。
[0037]
在一些可选实施方式中，步骤s2进一步包括：
[0038]
步骤s21、通过发动机进口总压、静压和进口面积，按照流量公式计算出发动机进口空气流量；
[0039]
步骤s22、基于步骤s1测量的发动机进口总温计算所述风扇进口换算流量。
[0040]
在一些可选实施方式中，步骤s22中，计算所述风扇进口换算流量包括：
[0041][0042]
其中，w
1r
为风扇进口换算流量，w1为发动机进口空气流量，t1为发动机进口总温，p1为发动机进口静压。
[0043]
步骤s3、根据测量的风扇出口内涵总压及风扇出口外涵总压计算风扇压比。
[0044]
在一些可选实施方式中，步骤s3中，计算风扇压比包括：
[0045][0046]
其中，πf为风扇压比，p
13
为风扇出口内涵总压，p
23
为风扇出口外涵总压，p1为发动机进口静压，k
13
为风扇出口内涵总压系数，k
23
为风扇出口外涵总压系数，与风扇结构相关。
[0047]
步骤s4、根据风扇进口换算流量与风扇压比计算风扇裕度。
[0048]
该步骤中，根据风扇部件特性，以及计算出的n
1r
、w
1r
和πf，计算出风扇喘振裕度smf；
[0049][0050]
其中：π
f,s
和w
1r,s
为风扇喘振边界上的压比和换算流量，可根据风扇特性和n
1r
插值
获得。
[0051]
步骤s5、确定计算的风扇裕度是否大于当前低压换算转速对应的设计裕度，若计算的风扇裕度小于当前低压换算转速对应的设计裕度，则进一步放大喷口面积，重新返回步骤s1进行试车，直至计算的风扇裕度大于等于当前低压换算转速对应的设计裕度，完成该低压换算转速的喷口面积设计，之后返回步骤s1对其它低压换算转速的喷口面积进行设计，直至所有转速均完成控制规律设计。
[0052]
在一些可选实施方式中，所述设计裕度为当前低压换算转速对应的稳态时的裕度减去减速过程中相对稳态保留的剩余裕度后形成。
[0053]
通过本技术能够获得喷口面积与低压换算转速之间的关系，即a8＝f(n
1r
)。之后，在对发动机进行减速控制时，通过转速给定值-反馈值＜-δn(δn根据转速的摆动量和减速性情况确定)确定发动机进入减速控制，然后按a8＝f(n
1r
)进行控制，其中f(n
1r
)为本技术设计出的喷口面积控制规律。当发动机达到转速控制目标值+δ(δ根据不同的减速时间要求进行确定)，或者达到慢车最小油量控制时表明减速过程完毕，退出喷口面积的控制逻辑。
[0054]
本技术可以在保证发动机工作稳定性的同时，保证减速性能满足用户要求。采用本技术提供的喷口控制规律对发动机进行喷口控制，可以极大的提高发动机的稳定性，减少由于发动机喘振带来的排故工作量，降低发动机的使用风险，节约发动机的寿命和试车资源。
[0055]
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。