[发明专利]轴流压气机流线流动稳定性预测方法及装置

说明书

为了解决上述技术问题中稳定性预测效率低的问题，本公开提供了一种轴流压气机流线流动稳定性预测方法和装置，可以提高轴流压气机流线流动稳定性预测的效率。方法，包括：获取压气机内部二维定常背景流场；构建带力源项的Navier‑Stokes方程；将Navier‑Stokes方程在流线坐标系下展开得到主控方程；基于所述背景流与小扰动的线性叠加将主控方程线化；将小扰动量表达式代入线化后的主控方程得到第一特征值方程；基于第一特征值方程和压气机内部二维定常背景流场得到特征值虚部；根据特征值虚部判断压气机流线流动稳定性。本公开将压气机流动稳定性问题归结为数学上的特征值问题，根据特征值虚部正负来判断流动系统的稳定性，判据简单清晰，效率高。

技术领域

本公开涉及航空发动机的压气机领域，尤其涉及一种轴流压气机流线流动稳定性预测方法及装置。

背景技术

目前，压气机的旋转失速问题仍然是叶轮机领域的重大技术难题。尽管各国研究人员对旋转失速的发生机理进行了大量研究，但由于缺乏快速有效可靠的压气机失稳点预测工具，依然无法在压气机设计阶段就对其稳定裕度进行评估，从而有效地兼顾到所设计压气机的流动稳定性问题，也就是在压气机设计体系中包含稳定性设计。而当压气机设计成型进行实验的时候，压气机设计师只能被动地接受实验结果，一旦稳定裕度不足，要么采取机匣处理、可调静子等补救措施，要么重新设计，因为压气机的稳定裕度直接决定了航空发动机是否能够安全稳定运行。无论采用哪种方法进行补救，既耗时又耗力，新设计的压气机又有可能出现同样裕度不足的问题，这让压气机在稳定裕度方面的设计只能依靠研究过程中所积累的经验来完成。前面提到，要想解决这一问题，必须发展快速可靠的压气机流动稳定性预测工具，在设计阶段就对设计方案进行评估从而指出其不足之处以指导压气机稳定裕度设计。

目前，传统的压气机稳定性预测主要有两种方法，一种是以Emmons模型、Stenning模型、Moore-Greitzer模型和Sun模型为代表的解析模型，另一种是将问题归结为初边值问题的非定常数值模拟。解析模型物理概念清晰、计算快速，但其对压气机几何和流场都进行了大量简化，将叶片排作为激盘或者半激盘处理，流动不可压、背景流分段均匀等。因此，这种方法虽然在一定程度上为加深旋转失速的物理理解有重要意义，但在现阶段精细化设计需求下其预测准确性难以保证。而非定常数值模拟虽然可以包含更多的压气机几何和流场细节等因素，但其惊人的计算量和计算时间成为其不能应用于压气机设计的根本原因。为了解决上述两种方法的缺陷，近年来国内外研究人员在压气机流动稳定性预测模型方面发表了很多研究工作，但压气机流动稳定性分析的效率依旧较低。

发明内容

为了解决上述技术问题中的至少一个，本公开提供了一种轴流压气机流线流动稳定性预测方法和装置，可以提高轴流压气机流线流动稳定性预测的效率。

为了实现上述目的，本公开的一方面，轴流压气机流线流动稳定性预测方法，包括：

获取压气机内部二维定常背景流场；

构建带力源项的Navier-Stokes方程；

将Navier-Stokes方程在流线坐标系下展开得到主控方程；

将主控方程中的瞬态物理量表示成背景流与小扰动的线性叠加，基于所述背景流与小扰动的线性叠加将主控方程线化；

基于轴对称假设，获得用于表达小扰动量与扰动量幅值、特征值和扰动周向波数的关系的小扰动量表达式；

将小扰动量表达式代入线化后的主控方程得到第一特征值方程；

基于第一特征值方程和压气机内部二维定常背景流场得到特征值虚部；

判断特征值虚部是否大于零，若特征值虚部大于零，则判断压气机流线流动不稳定，否则，判断压气机流线流动稳定。