[发明专利]一种基于轴流压气机级间测量参数的S2流场诊断方法

说明书

一种基于轴流压气机级间测量参数的S2流场诊断方法，具体为：一、根据多级轴流压气机级间测量参数，建立对应的S2流场计算流线曲率控制方程；二、根据多级压气机可能总温升可能较高，采用变比热工质计入级间测量参数的影响；三、根据热力学关系和静子模型得到流场中的静子落后角、熵分布参数；四、进行流场计算，得到根据级间测量参数的轴流压气机S2流场反演结果；五、根据反演得到的流场参数、性能参数等计算结果进行分析和诊断。本方法采用变比热工质，处理压气机级数较多，温升较大的情况时，准确度更高。打破了多级压气机测试中不同高度测点静压均等于壁面静压的假设，流场结果自动满足径向平衡方程，S2流场诊断精度更高，减少压气机设计循环。

技术领域

本发明涉及一种基于轴流压气机级间测量参数的S2流场诊断方法，它涉及到空气动力学及航空燃气涡轮发动机压气机试验流场诊断，属于航空燃气涡轮发动机压气机气动设计分析领域。

背景技术

航空发动机是飞机的动力来源，因此飞机性能的提升要求飞机的发动机足够强劲。国外的先进发动机现在能够达到推重比10一级，涡轮前温度2000K。采用高推重比大推力发动机对于飞机性能的提升相当巨大，所以现在对发动机性能要求也水涨船高。我国正致力争取缩短与外国先进水平的差距。

发动机传统设计过程，不论部件还是整机，都需要投入及其大量的人力物力财力；在设计过程中，一般采用试验方式，将设计中存在的问题显现出来，然后对症下药，找出改进方法，再进行新的样品加工，完成相应的校正与比对，检验先前推断是否合理，改进方式是否有效的结论。总的来说，这是一种反复迭代的设计方法。设计者的经验在设计过程中起着至关重要的作用。在这种“设计→实验→再设计→再实验”的循环过程中，实现错误认识减的少，最终达到可用设计。

计算流体力学(CFD)可以提供丰富的部件与流场细节用于参考，但是目前主流的模拟软件在处理级数较多多级压气机时，其计算结果准确性却不尽人意。在目前设计压气机的全三维模拟由于计算资源等原因限制主要还是以定常模拟为主，转静子各自当作叶栅排进行计算，各排叶片通过转静交界面进行连接。但是转静交界面作为掺混面，将前排叶片出口的非均匀流动进行了均化，人为地添加了掺混，产生了额外的熵增。同时多级压气机中的泄漏流动、盘腔流动、几何形状等参数，均可能在CFD和真实物理样机中存在较大差别。那么这种处理方式在级数较少时产生的误差可能还不会很大，但是级数一旦多起来之后后面级的计算结果就会发生偏差，多级压气机的匹配会遭到破坏，级数越多累计误差越多。

在20世纪60年代，压气机的级压比逐渐提高，流道的收缩愈发明显，准三维的设计体系开始出现。由于这种方法对子午流场的计算更详细，更加适应一些原来二维设计体系下存在的问题。目前准三维设计体系已经发展到比较成熟的一个阶段，如国外的F100，F110，E3，74A，CFM56等都是采用这种方法设计的。

准三维设计过程中由于降低了压气机内流动的维度，还是需要可靠的经验数据等支撑才可以得到较好的结果。通常的工程用经验公式是有适用范围的，当然这涉及到试验结果数据库的建立与分析，但这是压气机设计技术发展的必由之路。比如GE通用电器公司的进行了大量低速压气机实验台，分析整理出了一套评估损失和裕度的经验关系。此外PW普惠，RR罗罗，CIAM俄罗斯中央航空发动机研究院等机构也积累了大量的数据，并形成经验，设计出了一批优秀的产品。