[发明专利]用于涡扇发动机的喘振检测方法及系统

说明书

本发明提供一种用于涡扇发动机的喘振检测方法，获取高压转子代表转速N2R0、高压转子物理转速一阶时间导数N2dot、高压压气机出口压力Ps3、高压压气机出口压力一阶时间导数Ps3dot和高压压气机出口压力二阶时间导数Ps3dotdot；实时计算喘振判定指标A＝SG1*(v1+SG2*(v2+SG3*v3+SG4*v4))，当A大于给定阈值Ath时，则判断发生喘振。本发明还提供一种实现上述喘振检测方法的喘振检测系统。上述喘振检测方法可以达到实时检测涡扇发动机喘振的目的。

技术领域

本发明涉及一种用于涡扇发动机的喘振检测方法，还包括一种用于涡扇发动机的喘振检测系统。

背景技术

对于航空涡扇发动机，高压压气机在某些转速和环境条件下容易发生失速。当压气机叶片的压比和攻角增加时，数个翼型叶排可能发生失速，这是由于气流在吸力面发生分离。当失速变得严重时，或当它突然发生时，可能导致一些不可接受的流动状态。喘振可能在整个转速范围内发生，只要周围部件迫使压气机工作线上移并使得压比上升至压气机喘振边界值。在这个区域，叶片失速变得非常严重，以至于流经叶片表面的气流无法再继续承受逆压梯度。再稍稍增加一点压比，气流立刻发生分离。一部分气流从压气机后面的高压级向前面低压级倒流，另一部分气流从燃烧室向后流出，使得压气机压比流量关系恢复到正常范围。之后，压比的恢复将可能重新导致喘振的发生，从而造成发动机的低频喘振振荡。

发动机的喘振不仅会造成性能下降，还会造成超温燃气进入压气机和喷管，形成强度或结构的破坏，危及飞行安全。因此，发动机的喘振检测和消除是必须的。

传统上，在涡扇发动机设计或研制过程中，需要保证压气机具有足够的喘振裕度，使得正常的发动机操作不会引起喘振。然而，发动机部件性能下降、遭遇吸雨、吸冰、吸雹、吸鸟或其它外来因素影响时，仍有可能进入严重失速或喘振。在航空飞行安全性要求逐渐提高的情况下，必须考虑设计航线飞行中的实时喘振检测和消除功能。

发明内容

本发明的目的是提供一种喘振检测方法，可以达到实时检测涡扇发动机喘振的目的。

本发明提供了一种用于涡扇发动机的喘振检测方法，其中，获取高压转子代表转速N2R0、高压转子物理转速一阶时间导数N2dot、高压压气机出口压力Ps3、高压压气机出口压力一阶时间导数Ps3dot和高压压气机出口压力二阶时间导数Ps3dotdot；实时计算喘振判定指标A＝SG1*(v1+SG2*(v2+SG3*v3+SG4*v4))，当A大于给定阈值Ath时，则判断发生喘振，其中，第一参数SG1、第二参数SG2、第三参数SG3、第四参数SG4、第一权重值v1、第二权重值v2、第三权重值v3、第四权重值v4初始值为0，并且通过下述方式进一步确定：

当检测到N2R0大于给定阈值N2R0th且喘振严重性指标B小于给定阈值Bth时，确定第一时间点t1，其中，B＝Ps3dot/Ps3，则SG1＝1，v1＝f(N2R0,B)，并且从第一时间点t1开始计时，计时周期设定为Tk；

当检测到Ps3dotdot大于给定阈值Ps3dotdotth时，确定第二时间点t2，其中，0≤t2-t1≤Tk，则SG2＝1，v2＝f(N2R0,PT,Ps3dotdot)，其中，PT为发动机进口总压；

当在第二时间点t2的同时或以后的剩余计时周期内检测到B小于给定阈值Bth或N2dot小于给定阈值N2dotth时，则若是B小于给定阈值Bth，则SG3＝1，v3＝f(N2R0,B)，若是N2dot小于给定阈值N2dotth，则SG4＝1，v4＝f(N2R0,PT,N2dot)；以及

当检测时间超过计时周期Tk，则SG1、SG2、SG3、SG4全部置0，重复上述步骤。

在一个实施方式中，Ps3dot和Ps3dotdot通过下述方式确定：