[发明专利]一种航空发动机典型瞬态历程谱确定方法

说明书

本申请提供了一种航空发动机典型瞬态历程谱确定方法，该方法包括：确定典型瞬态历程中的发动机起动时间；确定典型瞬态历程的发动机慢车判断条件，以及确定典型瞬态历程中慢车状态停留时间；确定首次最高工作状态及其停留时间；按照线性规律模拟实际使用场景中由慢车状态至中间状态的加速过程，确定慢车状态至首次最高工作状态之间的上行程过渡时间；确定典型瞬态历程中的返航工况及其停留时间，以及确定典型瞬态历程的冷机工况及其停留时间；确定对于除起动慢车状态至首次最高工作状态之外的各稳态工作工况之间的过渡时间；确定快速反应典型瞬态历程的使用频次。

技术领域

本申请涉及航空发动机设计技术领域，特别涉及一种航空发动机典型瞬态历程谱确定方法。

背景技术

根据航空发动机通用规范要求，在关键件(比如涡轮转子)低循环疲劳寿命分析时，应考虑发动机瞬态工作对循环峰、谷值应力的影响。

由于零部件瞬态温度场和应力分析计算量大、耗时长，而典型任务剖面时间又很长(比如，发动机平均单次起落飞行时间约为2～4小时)，因此在实际低循环疲劳寿命分析中，一般不直接使用典型任务剖面进行各寿命考核部位的瞬态分析。通常做法是通过深入分析典型任务剖面，提取影响寿命考核部位温度、应力的典型飞行特征(例如高度、马赫数、发动机工作状态、停留时间)，结合用户需求、外场使用等特点，得到时间较短的典型瞬态历程(总工作时间一般不长于30分钟)，从而高效的模拟使用场景下瞬态工作对关键件温度、应力的影响，如图1所示为典型任务剖面，图2所示为典型瞬态历程。

然而，对于涵道比小于1.0的航空涡扇发动机，新研或改进型发动机寿命设计中很少考虑快速反应起飞使用场景，带来以下问题：

a)外场调研结果表明，这类使用场景难以避免，忽略将影响发动机设计方案的合理性；

b)如果在研制阶段未考虑快速反应起飞场景，将降低发动机在服役阶段外场使用寿命，导致性能和结构显著衰减，提前返厂，降低出勤率，增加使用成本。

发明内容

本申请的目的是提供了一种航空发动机典型瞬态历程谱及其确定方法，以解决或减轻背景技术中的至少一个问题。

一方面，本申请提供了一种航空发动机典型瞬态历程谱确定方法，包括：

根据用户方指标要求或发动机试车统计时间确定航空发动机的起动时间；

根据发动机控制系统总体技术要求给定的慢车状态判定条件下限，确定典型瞬态历程的发动机慢车判断条件，以及根据慢车状态稳态停留时间t₁与慢车状态最短工作时间t_min确定典型瞬态历程中慢车状态停留时间t_mc；

根据有/无快速反应起动的试车数据，确定首次最高工作状态及工作时间；

在典型瞬态历程中，按照线性变化规律模拟实际使用场景中发动机工作状态由慢车状态至中间状态的加速过程；根据发动机研制要求中规定的慢车状态至中间状态的过渡时间，以及发动机试车过程中慢车状态至油门杆中间及以上状态的过渡时间，确定典型瞬态历程中慢车状态至最高工作状态之间的上行程过渡时间；

在典型任务剖面中，选取亚声速巡航状态，作为典型瞬态历程中的返航工况；根据典型任务剖面中的统计结果，确定返航工况的停留时间；选取发动机试车中的慢车状态为典型瞬态历程的冷机工况，并根据慢车状态的持续时间确定冷机工况的持续时间；

对于除起动慢车状态至首次最高工作状态之外的各稳态工作工况之间的过渡时间，根据试车数据，按发动机推力变化的预定百分比所需工作时间确定；

根据外场使用需求、结合专项试车验证结果，确定快速反应典型瞬态历程的使用频次。

进一步的，在无用户指标要求的情况下，所述典型瞬态历程中的航空发动机起动时间按试车时间的下限确定。