[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

说明书

本发明公开了一种计算涡轴发动机气动稳定性的方法及系统、设备和介质，该方法通过将计算模型划分成若干个控制体，然后针对每个控制体计算控制方程组以得到每个控制体处的气动参数，再结合失稳判据来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，可以准确地评估进气压力畸变对涡轴发动机气动稳定性的影响。本发明采用的计算模型只关注压气机进出口截面的参数，可以将整个组合压气机进行模块化，并且，采用静压、静温、质量流量和周向速度作为变量来建立上述方程组以描述每个控制体内部的流动，一方面可以基于这四个基本变量通过上述方程组公式换算得到所有变量，另一方面这四个基本变量便于通过测试手段获得，简化了数据的获得过程。

技术领域

本发明涉及涡轴发动机的气动稳定性评估技术领域，特别地，涉及一 种计算涡轴发动机气动稳定性的方法及系统、设备、计算机可读取的存储 介质。

背景技术

直升机由于具备垂直起落和悬停等固定翼飞机没有的优点，同时其受 场地限制小，使用方便，在军民用领域得到了广泛应用，而涡轴发动机具 有功重比大、可靠性高、经济性好、航程远和便于维护等优点，自20世 纪60年代以来，一直是直升机的主要动力。而涡轴发动机应用于直升机 时，由于直升机需要满足不同的起降环境，比如沙地、草地、山区、城区 等，而且飞行高度不高，很容易吸附异物，比如较大尺寸的沙粒、鸟、树 叶等异物吸入会危害涡轴发动机的运行安全，因此通常会在进气道进口安 装防护罩。根据目前的研究结论，防护罩由于含一些较粗的支撑杆，会形 成一定的压力畸变，另外，在进行非水平飞行时会造成进气道附面层分离， 也会形成压力畸变，而直升机特殊的旋翼下洗气流也会造成压力畸变。因 此，进气压力畸变是造成涡轴发动机气动稳定性降低的主要因素。涡轴发 动机在研制和使用过程中，存在部件或系统气动失稳的发动机气动稳定性 问题，其现象表现为压气机的旋转失速或整个压缩系统的喘振，涡轴发动 机的性能和稳定工作范围都会受到气动稳定性的限制。因此，进气压力畸 变将会影响涡轴发动机的气动稳定性，降低稳定裕度，容易使发动机进入 旋转失速和喘振等不稳定工作状态，进而造成发动机性能下降、甚至严重 运行安全。

涡轴发动机与涡喷、涡扇发动机相比，其显著的特点是涡轴发动机通 常采用离心压气机或者轴流-离心组合压气机。国外学者通过研究发现离 心压气机和轴流压气机在气动失稳方面存在着较大的差异，虽然离心压气 机和轴流压气机存在很多相同的流动现象，但是两者之间在引发非稳定流 态(旋转失速和喘振)的流动特征上存在差异，尤其对于高压比的压气机 而言差异更加显著。从现今对压缩系统非稳定流态的认识水平来看，就整体的系统特性而言，离心压气机和轴流压气机在气动稳定性方面关心的基 本问题和基本的研究思路是相同的，但是，当具体地研究引发失速的特定 流动现象时，离心压气机和轴流压气机之间的差异就会显现出来。因此， 现有的涡喷、涡扇发动机的计算模型无法适用于涡轴发动机的气动稳定性 评估。而目前，国内尚无涡轴发动机进气压力畸变对气动稳定性影响的计 算模型，这一块暂时属于技术空白。

发明内容

本发明提供了一种计算涡轴发动机气动稳定性的方法及系统、设备、 计算机可读取的存储介质，以解决目前无法计算涡轴发动机进气压力畸变 对于气动稳定性的影响的技术问题。

根据本发明的一个方面，提供一种计算涡轴发动机气动稳定性的方 法，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：