[发明专利]一种航空发动机高空高速下涡轮后温度控制值的获取方法

权利要求书

1.一种航空发动机高空高速下涡轮后温度控制值的获取方法，包括以下步骤：1)在发动机履历本上筛选出与发动机效率最具有相关性的几个参数；2)在已知的100余台发动机高空高速下的涡轮后温度控制值为训练集的基础上，建立神经网络，以所选择的几个参数作为输入节点，涡轮后温度控制值为目标值进行训练；训练后得到用于对航空发动机高空高速下涡轮后温度控制值进行计算的神经网络模型。

2.如权利要求1所述的一种航空发动机高空高速下涡轮后温度控制值的获取方法，其特征在于：所述步骤1)中参数的筛选过程基于如下假设：

a、发动机在大状态工作时，才能达到进口滞止温度127℃；

b、每台发动机的涡轮前温度均接近设计点温度；

c、由于每台发动机效率的不同，造成发动机涡轮后温度的不同。

3.如权利要求2所述的一种航空发动机高空高速下涡轮后温度控制值的获取方法，其特征在于：所述步骤1)中参数的筛选过程如下：

①由高压压气机与高压涡轮的质量流量平衡关系得到下式：

W_a23-W_col+W_f＝W_gNH

式中：W_a23表示高压压气机进口的空气质量流量；W_col表示高压涡轮冷却空气质量流量；W_f表示燃油质量流量；W_gNH表示高压涡轮导向器临界的燃气质量流量；

式中的高压涡轮冷却空气质量流量W_col和燃油质量流量W_f相对较小，因此简化为：

W_a23＝W_gNH

用气动函数q(λ)表示气流的质量流量，上式写成：

式中：K、K_g分别是常数；q(λ₂₃)表示高压压气机进口流量函数；A₂₃表示高压压气机进口截面积；P_t23表示高压压气机进口气流总压；T_t23、T_t4分别表示高压压气机进口、涡轮进口气流总温；A_NH表示高压涡轮导向器临界截面积；P_t4表示高压涡轮导向器进口气流总压；σ_NH表示高压涡轮导向器总压恢复系数；q(λ_NH)表示高压涡轮导向器喉部的流量函数q(λ)，一般情况下q(λ_NH)＝1；

根据压力平衡关系：P_t4＝P_t3σ_B，而P_t3/P_t23＝π_CH，σ_NH和σ_B近似认为等于常数，经整理之后流量平衡方程变成：

式中：σ_B表示燃烧室总压恢复系数；W_acor23表示高压压气机进口换算流量；π_CH表示压气机增压比；const表示常数；P_t3表示高压压气机出口总压；

②稳定工作时，高压涡轮与高压压气机功率相等，忽略空气与燃气质量流量的差别即功相等，于是给出高压涡轮和高压压气功率平衡方程：

式中：c_pg表示高温燃气比热；c_p表示低温燃气比热；e_TH表示涡轮落压比；e_CH表示压气机增压比；η_TH表示涡轮的热效率；η_CH表示压气机的效率；

③高压压气机部件的共同工作必须同时满足高压涡轮与高压压气机的流量平衡关系(2)式和功率平衡(3)式，故结合(2)、(3)可整理为高压压气机和高压涡轮的效率表达式：

④风扇、高压压气机和高压涡轮的流量连续表达式：

W_a2≈(1+B)W_a21,W_a23≈W_gNH (5)

式中：W_a2表示风扇进口总空气流量；W_a21表示风扇出口内涵空气流量；B表示涵道比；

由上述关系得：

式中：T_t2表示风扇进口总温；P_t2表示风扇进口总压；K为常数；π_F表示风扇增压比；

⑤根据风扇的功率平衡，即风扇消耗的功率与低压涡轮提供的功率近似相等，得到下述关系：

W_a2L_F≈W_a23L_TLη_mL

式中：L_F表示1kg/s空气流量的实际压缩功；L_TL表示1kg/s空气流量的实际膨胀功；η_mL表示转子机械效率；

对于混合排气发动机，风扇与外涵增压比相等，即：

式中：π_F表示风扇增压比；η_F表示风扇效率；c_F表示空气的等压比热；T_t45表示低压涡轮前总温；π_TL表示低压涡轮落压比；γ表示低温燃气比热比；γ_g表示高温燃气的比热比；η_TL表示低压涡轮效率；

对于涡轮部件，T_t45与T_t5存在下述关系：

式中：π_TH表示高压涡轮膨胀比；η_TH表示高压涡轮效率；T_t5表示涡轮后总温；

将式(7)、(8)代入(6)，得到转子的效率表达式，即：

式中：π_CH表示压气机增压比；

其中，

式中：e_F为风扇增压比的函数，e_TL为低压涡轮的落压比的函数；

由此可见该效率表现为增压比和落压比的函数：

结合实际的发动机地面试车数据，在涡轮前温度达到设计点附近的情况下，W_a2和B均等于常数；

一般在发动机地面试车的过程中，并不会分别测量高、低压涡轮的落压比而是测量的整个涡轮的落压比，故在此选择参数的过程中，π_TH、π_TL选择以整体涡轮落压比π_T,替，上式简化为：

另外，根据涡轮前温度均接近设计点温度的假设，对于整个涡轮部件：

式中：π_T表示涡轮部件膨胀比；η_T表示涡轮部件效率；

上式表达为：

η_T＝f(π_T,T_t4,T_t5)＝f(π_T,T_t5) (12)

结合公式(11)、(12)，有：

F(η)＝f(π_F,π_CF,π_T,π_t5) (13)

式中，η代表该模型中整个发动机的效率参数；

根据上述推论(13)，在履历本所记录的参数中选择与发动机效率最相关6个参数，分别为：风扇增压比、以封严蓖齿压力/进口空气压力为代表的压气机增压比、加力状态下涡轮后温度及其控制值、最大状态落压比、最大状态落压比2。