[发明专利]一种类二进制编码的压力畸变图谱反设计方法

说明书

一种类二进制编码的压力畸变图谱反设计方法，涉及航空发动机的压力畸变图谱。以现有的压力畸变图谱为基础，反求得到上游畸变模拟器的空间扰动分布，考虑压力畸变图谱一般在特定的来流速度状态下给出，且上游畸变模拟器与压力畸变测量截面之间的距离一般为固定值，因此针对压力畸变图谱进行上游压力畸变模拟器的求解可理解为：给定下游流动压力分布，构建上游扰动信号与下游压力分布之间的关系，反求上游的扰动信号分布。能实现更加复杂的压力畸变图谱生成。由于扰动截面上每个点对下游的影响得到了量化，因此扰动堵塞点的分布更加准确，避免试验因大量的随机性尝试而造成的人力物力的浪费。

技术领域

本发明涉及航空发动机的压力畸变图谱，尤其是涉及一种类二进制编码的压力畸变图谱反设计方法。

背景技术

航空发动机的气动稳定性是评估发动机性能的重要指标，其要求发动机除了具备关键设计状态的优越性能以外，在整个飞行包线内均能够抵御降稳因素的干扰，保证足够的可用稳定裕度([1]刘大响,叶培梁.俄罗斯的发动机进口流场畸变评定指南[J].燃气涡轮试验与研究,1994(03):1-10)。进气压力畸变是影响发动机稳定工作的主要外部因素之一，其本质是改变了气体密度、速度的空间分布，使得气体在压气机内的压缩存在不均匀性，从而影响发动机的稳定工作。

鉴于压力畸变对发动机稳定工作的重要影响，美国、英国、中国和俄罗斯等主要航空大国对压力畸变开展了机理性、系统性的研究，并制定了相应的压力畸变生成及模拟器设计方法。现有压力畸变的产生主要是在进气通道内设置不同形状的阻流装置，形成气流低压区，从而构建不同高低压分布的畸变图谱。典型阻流装置为平板型插板、扇形插板、中间挡板等类型的插板，精度较高的压力畸变则采用组合插板及模拟网形式([2]薛海波.插板后畸变流场的数值模拟及参数分析[D].南京航空航天大学,2009)。目前，为了得到指定的压力畸变图谱，其主要通过数值仿真及试验，对比数值仿真与试验测得的压力畸变图谱和目标图谱之间的差异，多轮次调整阻流装置的空间分布形式，从而使得仿真及试验图谱与目标图谱之间的误差减小在一定的范围之内。多轮的数值仿真及试验研究，存在研制周期长、设计复杂、随机性大等问题，构建合适的阻流装置将耗费大量的人力物力，因此寻找一种既能简便地获得复杂畸变图谱，又能保证图谱精确性的压力畸变设计方法显得十分必要。

发明内容

本发明的目的旨在针对现有压力畸变图谱精确设计方法的不足，提供一种类二进制编码的压力畸变图谱反设计方法。

本发明包括以下步骤：

1)根据给定的测量截面的压力图谱分布，确定来流速度及上游扰动截面与下游图谱截面之间的距离；

2)将流场上游的模拟器扰动截面和下游的目标图谱截面分别划分成量级为M和N的微小单元，将所分得的量级为M和N的微小单元以水平方向为零角度线，一圈一圈向外进行微小单元排序；

3)记录扰动截面上每个微小单元与圆心之间的距离L_j、每个微小单元与水平方向的夹角Φ_j以及每个微小单元的面积s_j，构造面积向量S；

4)基于压力图谱分布，确定图谱截面上N个单元的压力值，并形成图谱列向量β；

5)通过数值仿真或构造相应的试验模型，求解上游水平半径上的K个单元分别对下游N个单元的影响，即列向量Q₁,…,Q_K；

6)将列向量Q₁,…,Q_K作为已知，求解非水平方向半径上的任意单元m对下游N个单元的影响Q_m，令m遍历扰动截面上的已求出的单元q₁,…,q_K除外的每个单元，即可构造出整个矩阵A；

7)由反求扰动向量α，确定扰动堵塞点的分布，其中，α是元素为0、1的列向量，标记为1的单元表示产生堵塞作用，标记为0的单元不起堵塞效果。