[发明专利]一种高空两级涡轮增压器变工况匹配设计方法

权利要求书

1.一种高空两级涡轮增压器变工况匹配设计方法，其特征在于，所述方法是通过以下步骤实现的：

SS1.根据初步分配的两级压气机压比设计压气机级

子步骤1，选定两级涡轮增压器压气机的设计工况，根据初步给定的压比分配比例确定两级压气机的总压比ε，其中两级压气机压比的初步分配按照与压气机进口温度的平方根呈反比的原则进行，即

ε＝ε₁ε₂ (1)

其中，ε为两级压气机的总压比，ε₁和ε₂分别为低压级压气机和高压级压气机的压比，T_c1和T_c2分别为低压级压气机和高压级压气机的进口总温；

子步骤2，根据各级压气机的进口条件、增压空气质量流量、子步骤1所确定的总压比分别进行低压级压气机和高压级压气机的一维中线设计，得到两级压气机的叶轮、扩压器和蜗壳的基本几何参数；

子步骤3，基于子步骤2中得到的压气机级的几何参数，对低压级压气机和高压级压气机分别进行变工况特性分析，得到其通用特性曲线；

SS2.计算压气机级的变工况性能并优化两级压气机的压比分配

子步骤1，给定待分析各目标工况的发动机目标增压压力、增压空气质量流量，确定待分析各目标工况下各级压气机的进口气流参数，对步骤SS1设计的压气机级进行一维中线分析，得到各目标工况下两级压气机的级效率、压比、出口气流参数、耗功率；

子步骤2，确定各目标工况点在压气机级通用特性曲线上的位置，计算其失速裕度，并据此调整步骤SS1中的两级设计压比分配比例；

子步骤3，根据新的两级压气机压比分配重复压气机级中线设计，并进行压气机级内部件二次优化设计，应用中线分析方法计算级的变工况特性，直至低压级压气机和高压级压气机在各目标工况下的失速裕度均满足设计要求；

SS3.根据初步分配的两级涡轮膨胀比设计涡轮级

子步骤1，根据两级压气机的转速、耗功以及发动机排气压力、排气温度确定两级废气涡轮的设计目标参数，同时根据两级涡轮的分布形式以及初步给定的两级涡轮的膨胀比分配比例，确定各级涡轮的膨胀比，其中两级涡轮的初步膨胀比分配按照与进口总温和功率正相关的原则进行，即：

上式中：和分别为两级涡轮的初步膨胀比，T_t1和T_t2分别为两级涡轮的进口总温，W_t1和W_t2分别为两级涡轮的单位质量流量输出功率；

子步骤2，根据各级涡轮的进口条件、膨胀比、转速、输出功率分别进行高压级涡轮和低压级涡轮的一维中线设计，得到涡轮转子、喷嘴、蜗壳的基本几何参数；

子步骤3，基于上述过程得到的涡轮级的几何参数，对低压级涡轮和高压级涡轮分别进行变工况特性分析，得到其通用特性曲线；

SS4.计算涡轮级的变工况性能并优化两级涡轮的膨胀比分配

子步骤1，给定待分析目标工况的发动机目标增压压力、增压空气流量，根据发动机缸内燃烧仿真分析得到发动机排气压力、温度，确定涡轮的进口气流参数；

子步骤2，根据上述过程得到的压气机转速、涡轮进口气流参数以及涡轮几何参数，对两级废气涡轮进行一维中线分析，得到该工况下的涡轮级效率、流量、输出功率；

子步骤3，确定各目标工况点在涡轮级通用特性曲线图上的位置，判断其工况点位于等转速线上最高效率点的大流量一侧还是小流量一侧，并据此调整步骤SS3中的两级涡轮设计膨胀比分配比例；

子步骤4，根据新的两级涡轮设计膨胀比重复涡轮级中线设计，并进行级内部件二次优化设计，应用中线分析方法计算涡轮级的变工况特性，直至两级涡轮均在各目标工况下均处于等速度线上效率较高的区域。