[发明专利]计算涡轴发动机气动稳定性的方法及系统、设备、介质

权利要求书

1.一种计算涡轴发动机气动稳定性的方法，其特征在于，用于评估进气压力畸变对涡轴发动机气动稳定性的影响，包括以下步骤：

步骤S1：构建计算模型；

步骤S2：建立计算区域并划分控制体；

步骤S3：假设每个控制体内的气动参数在空间上是均匀的，建立控制方程组以描述控制体内部的流动：

其中，p表示静压，T表示静温，表示质量流量，L表示长度，R表示气体常数，下标g表示引气或注气参数，C_v表示等容比热，r₁、r₂、r₃、r₄为源项的标记，V表示控制体容积，v_x表示轴向速度，v_θ表示周向速度，v表示总速度，t表示时间；

步骤S4：针对每一个控制体，求解上述控制方程组以得到每个控制体处的气动参数；

步骤S5：基于每个控制体处的气动参数并结合失稳判据，预测发动机在给定的进气畸变条件下是否会发生气动失稳；

所述步骤S4包括以下步骤：

步骤S41：利用单元特性计算气体流过单元后的总压比、静压比和总温比；

步骤S42：根据初始时刻发动机的进口总压、总温和其部件特性，计算各轴向截面处的总压和总温；

步骤S43：根据总压比、总温比和静压比计算轴向力源项、周向力源项、功源项和热源项；

步骤S44：根据发动机进口的无量纲密流值以及流量连续方程，在不考虑引气影响的情况下，计算各截面的无量纲密流值以及流量；

步骤S45：根据发动机出口边界条件计算尾喷管喉部的无量纲密流，再根据流量公式重新计算尾喷管喉部的面积；

步骤S46：假设在初始状态下发动机内部各轴向截面处气流为亚声速流动，计算各截面的轴向速度、静温和静压；

步骤S47：根据给定的初始状态轴向截面气流角，计算各截面的周向速度。

2.如权利要求1所述的计算涡轴发动机气动稳定性的方法，其特征在于，

所述步骤S43具体基于以下公式计算轴向力源项、周向力源项、功源项和热源项：

其中，U_m表示中径位置的牵连速度，β表示相对气流角，C_P表示等压比热，表示空气流量，表示燃油流量，H_u表示燃油低热值，η_b表示燃烧效率，θ^*表示总温比，表示轴向速度的平均值，π^*表示总压比，π表示静压比，k表示第k个控制体，F_x表示轴向力，表示质量流量，下标m表示质量，P₁表示网格进口静压，A₂、A₁分别表示网格出口和进口截面面积，F_θ表示周向力，T₁^*表示网格进口总温，Z表示轴向长度，表示压气机单元内静子叶排出口绝对气流角的平均值的余切，表示转子叶排出口相对气流角的平均值的余切，表示机械功，表示热量，C_P2表示出口气体的等压比热，表示压气机出口总温，C_P1表示进口气体的等压比热，η_b表示燃烧效率，C_t表示燃油汽化比热容，T_f表示燃油温度。

3.如权利要求1所述的计算涡轴发动机气动稳定性的方法，其特征在于，

所述步骤S4中给定三个边界条件，分别为

进口总压边界条件：给定发动机进口截面不同周向位置处的总压值来描述稳态压力畸变，并引入稳态压力畸变指数来表示稳态压力畸变的强度，表达式如下：

其中，表示稳态压力畸变指数，表示整个截面上的周向平均总压，表示畸变区的周向平均总压；

进口气流方向：给定轴向进气边界条件，即给定进口气流的周向分速度为零；

出口边界条件：出口边界位于尾喷管喉道截面，给定尾喷管的节流特性，公式如下：

其中，q(λ)表示尾喷管喉部截面的无量纲密流值，表示尾喷管喉部总压与出口反压p_b的比值。