[发明专利]发动机性能仿真方法

权利要求书

1.发动机性能仿真方法，其特征在于：其采用下述方法计算发动机设计点性能和非设计点性能：

通过部件恰当的匹配计算模拟航空发动机性能，具体是按照在发动机总体性能计算中发动机各主要部件特性的描述方法的差异和复杂程度的不同，建立下述发动机性能计算的数学模型：将发动机各个部件作为一个“黑盒子”，给出各个部件的特性而不去描述各个部件内部详细的工作情况；然后根据各个部件的共同工作关系确定发动机的共同工作点，完成发动机性能计算；

其基本过程就是：对于任意选定的发动机部件，绘出功率和流经发动机的空气的路径，将一个部件的输出连接下一个部件的输入；然后根据输入到发动机最前而节点的飞行条件和已给出的输入节点的每个部件的信息,对每个部件进行发动机设计或非设计性能计算；

当完成每个部件的计算时，把全部气流参数和该部件的其它特性全部传递给下一个节点；即将部分连接部件的相互关联作为程序输入、系统变量和部件规定的特性的函数关系；通过部件计算得到一个待求解的联立代数超越方程和偏微分方程组；然后利用已经成熟的求解非线性方程组的数学算法求解这些方程；最终得到整台发动机各节点处的参数和总体性能参数。

2.按照权利要求1所述发动机性能仿真方法，其特征在于：所述发动机性能仿真方法依次包含下述具体工作内容要求之一或其组合：

(1)对涡扇发动机设计点参数的匹配性进行计算分析；

(2)计算涡扇发动机的速度特性(发动机性能随飞行速度的变化关系；

(3)计算涡扇发动机高度特性(发动机性能随飞行高庋的变化关系；

(4)计算涡扇发动机节流特性(发动机性能随转速的变化关系；

(5)计算非标准环境温度对涡扇发动机性能的影响；

(6)计算附加功率提取对涡扇发动机性能的影响；

(7)计算用户引气对涡扇发动机性能的影响。

3.按照权利要求2所述发动机性能仿真方法，其特征在于：所述发动机性能仿真方法中，涡轮发动机稳态热力过程数学模型和数值求解方法分别满足下述要求之一或其组合：

1）航空发动机热力循环计算：涡轮喷气发动机的循环是由绝热流动、压缩、燃烧和膨胀这些热力过程组成,即遵循布雷顿循环过程；对于具有双涵道混合排气的涡扇发动机,还增加了两股能量不同的气流混合流动过程；

2）发动机设计点性能计算：在选定的一种飞行条件下,选择一组发动机热力循环参数进行发动机的由前至后的各部件热力过程计算；设计点性能计算具体内容是：初步确定发动机在设计点条件下的主要性能是否满足飞行器性能要求或者是根据飞行器对发动机推力的要求初步确定反映发动机尺寸大小的空气流量等级；确定发动机各流通截面的气动和几何参数；

为了进行热力循环参数计算分析,需要输入以下参数才能进行计算：

①确定发动机类型,并绘制发动机流程截面图；

②根据被计算的发动机流程截面图和发动机的具体情况及使用特点,输入要求的引气量、功率提取、冷气空气量、放气等具体值；

③输入发动机设计点的飞行高度和马赫数；

④输入发动机流道内各段的流程损失,包括进气道、外涵管道、风扇压气机过渡段、高低压涡轮过渡段、涡轮后到加力燃烧室之间的扩压段等流道内的总压恢复系数；

⑤输入热力循环参数；

3）发动机非设计点性能计算：非设计点性能计算又称为特性计算，其具体包括高度-速度特性计算、油门特性计算、大气环境变化对发动机性能影响的计算；非设计点性能计算只能在设计点性能计算完成之后,各部件特性和发动机调节计划都选定后才开始进行；

4）涡轮发动机热力循环计算过程：在已知飞行高度H、飞行马赫数炀、以及压气机特性、燃烧室特性、涡轮特性这些部件性能的基础上，采用变比热法进行发动机的热力循环计算；

5）非设计点性能计算时独立变量与平衡方程的选取：对于混合排气的涡扇发动机,根据不同的发动机控制规律,可以选择的独立变量是不同的；

6)非线性方程组的求解：非设计点性能计算时,上述误差方程通常不会满足给定的收敛条件,因此，发动机在非设计状态的非线性方程组必须采用Newton-Raphson法迭代求解,才能确定发动机的实际工作点。

4.按照权利要求3所述发动机性能仿真方法，其特征在于：所述发动机性能仿真方法中，采用变比热法进行涡轮发动机热力循环计算过程依次涉及下述内容：1）进气道、2）风扇、3）高压压气机、4）燃烧室、5）高压涡轮、6）低压涡轮、7）冷却气与主气流混合、8）换热器、9）外函、10)混合器、11）加力燃烧室、12）尾喷管、13)发动机性能参数计算、14）非设计点计算时的部件耦合系数。