[发明专利]一种分轴式航改燃机动力涡轮一维匹配设计方法

权利要求书

1.一种分轴式航改燃机动力涡轮一维匹配设计方法，所述分轴式航改燃机包括燃气发生器和动力涡轮，所述动力涡轮位于燃气发生器的下游，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

SS1.结合总体分析获取动力涡轮流通能力下限

首先确定由压气机喘振裕度边界所限制的动力涡轮流通能力下限，然后确定由燃烧室出口温度所限制的动力涡轮流通能力下限，最后结合上述两个流通能力下限范围，即为动力涡轮流通能力下限线

SS2采用正交设计给定不同设计变量组合方案

对多个动力涡轮一维设计变量进行正交设计，所述一维设计变量包括载荷系数H_t、反力度Ω、流量系数轴向速比系数K_a和进出口中径比按需要给定各参数的约束范围及不同取值，并选择正交表以获得上述参数的不同组合方案；

SS3.动力涡轮一维反问题设计

按照燃气轮机总体设计需求，针对步骤SS2中不同的参数组合方案，进行设计点下动力涡轮一维反问题设计，输入参数包括设计点下的膨胀比π_PTd、流量G_PTd、转速N_PT、级数，结合输入参数和步骤SS2中确定的参数，通过反问题设计，获得动力涡轮中径处的一维气动参数及初始流道尺寸；

SS4.动力涡轮一维正问题分析及设计修正

结合正问题方法修正步骤SS3中的一维反问题设计结果，首先，采用正问题分析方法评估动力涡轮在不同工况下的气动性能，即效率特性及流量特性并提取设计点下的效率η_PTd和流量G_PT′；

然后，将G_PT′与G_PTd进行比对，得到差值ΔG_PT＝G_PTd-G_PT'，若残差|ΔG_PT/G_PTd|＜0.02，则该方案可行，否则修正设计流量，即G_PTd'＝G_PTd+ΔG_PT；

再次，按G_d'进行反问题设计及正问题分析，直至残差满足要求，至此完成步骤SS2中所有组合方案的动力涡轮一维设计；

SS5.方案筛选及验证

首先，进行方案筛选，提取步骤SS4中所有方案的动力涡轮流量特性线与步骤SS1中获得的动力涡轮流通能力下限线进行对比，筛选后的方案应满足在各转速的上述不同膨胀比下，对应的折合流量均大于SS1中获得的动力涡轮流量下限

然后，取筛选后方案中η_d最大的方案为最终方案；

最后，将该方案的动力涡轮特性结合燃气发生器特性线即可获得匹配该动力涡轮的整机共同工作线以进行最终的验证。

2.根据权利要求1所述的分轴式航改燃机动力涡轮一维匹配设计方法，其特征在于：考虑超温限制及喘振裕度限制，结合燃气发生器特性，通过总体性能计算获得动力涡轮流量特性下限，以指导动力涡轮设计。

3.根据权利要求1所述的分轴式航改燃机动力涡轮一维匹配设计方法，其特征在于：步骤SS1中，确定由压气机喘振裕度边界所限制的动力涡轮流通能力下限的具体方法为：参考已有的燃气发生器压气机特性，给定喘振裕度k，确定压气机在不同转速下的该裕度对应的工况，并将上述工况定义为喘振裕度边界，通过求解非线性方程组，获得该边界对应的动力涡轮流通能力。