[发明专利]致流机性能建模

说明书

本发明题为致流机性能建模。本发明公开了一种确定具有与流场相互作用的转子的致流机的性能特性曲线的方法。所述方法包括：接收所述致流机的性能数据，所述性能数据包括在一个或多个定义的转子条件下所述致流机的所述转子的性能参数和质量流量的数据值，所述性能数据定义其中可识别公共转子条件的点的二维数据阵列；确定或接收所述转子下游的流的出口质量流量值；以及识别所接收的性能数据中的一个或多个点，并且基于所述点的出口质量流量值的相关性，从所述一个或多个点内插到不同转子条件下的对应的一个或多个点。

技术领域

本公开涉及对致流机进行建模，以理解或预测它们在其中感测/经验数据不可用的操作场景中的性能。

背景技术

使用物理测试和计算建模的组合来评估压缩机和涡轮形式的致流机的性能和效率。所得到的数据被用作这种机器的设计过程的一部分，即为了针对给定的操作要求和条件以及在(例如，机器控制系统和/或用于监测设备健康的系统内)运行中优化设计。

重要的是准确理解机器在整个操作范围内的性能，以便用作将来比较其他/感测数据的参考点。

压缩机在整个操作包线内的行为通常根据性能参数(诸如压力比和扭矩)来描述，这些性能参数是作为操作条件的函数给出的，操作条件的特征在于压缩机校正的轴速度和压缩机入口校正的质量流量。通过绘制压缩机“特性曲线”，可以将这些数据制成表格或以图形格式显示出来，这些特性曲线是描述作为不同恒定轴速度值的入口校正的质量流量的函数的压缩机性能的线。这种格式的压缩机性能数据通常被称为“压缩机特性图”，并且在引擎性能建模工具内用于表征压缩机在一系列条件下的性能。

压缩机性能数据通常从实验测试或分析方法中收集。由于这些方法的局限性，仅提供低至在测试期间达到的或通过所采用的分析方法可获得的最低压缩机速度下的压缩机特性图。这使得低至零速度的压缩机性能数据通常是不可用的。这些不可用的低速特性曲线通常被称为“亚怠速特性曲线”，因为它们与出现在怠速转速之下的引擎操作点相关联。

图1中给出了压缩机压力比特性曲线和不同区域的表示，其示出了低至零压缩机速度的最低可用/测量特性曲线2和理论/预测特性曲线3。

性能数据的该亚怠速区域可以根据功输入和压力上升而被分成三个不同的方案：

-压缩机(总压力和总焓升)方案4；

-搅拌器或桨叶(总压降和总焓升)方案5；以及，

-涡轮(总压力和总焓降)方案6。

后两个方案5、6之间的分界线是对应于在轴上没有净扭矩操作的稳态操作的点的轨迹。这条线被称为无扭矩风车线7。对应于零旋转速度的特性曲线也被称为由零速度线8表示的锁定转子特性曲线。

为了开发能够预测低至零速度的引擎性能的引擎性能模型(即计算模型诸如“合成代码”或“引擎平台”)，需要一直延伸至零速度的压缩机特性图。由于该数据通常可能不可用，因此传统上使用少数方法来将性能数据扩展到较低的速度。此类方法依赖于外推现有数据。某些已知的方法试图通过包括压缩机锁定转子8和无扭矩转子7性能的一些计算来对此进行改进，这些计算然后被用于内插其余的数据。

无论使用哪种方法，都需要某种形式的数据内插/外推。为此，需要限定连结不同速度特性曲线上的点的线。这些随后被用于以其他速度获得数据。

这些线的使用来自于以可用于内插或加载到计算机程序中的方式将数据制成表格的需要。这些线通常被称为“β-线”或“R-线”，并且不具有任何物理含义。图2中示出了低至零速度的压缩机性能特性图，其中这些β-线9示出为将看似计算的锁定转子和风车线上的点与超怠速数据2连结。然后，由这些线可计算其余的亚怠速特性曲线3，即通过从已知特性曲线2或计算的零速度特性曲线8跟随β线9一定距离来确定β线9与亚怠速特征线3之间的交叉点1。