[发明专利]发动机建模、分析方法和系统

说明书

本发明公开了一种发动机建模、分析方法和系统，涉及航空发动机领域。构建发动机部件模型库，响应第一操作在交互界面加载部件模型；响应于第二操作，实现被加载的所述部件模型间的气动连接和结构连接，各部件模型间输入接口和输出接口的连接实现数据的传递。响应于完成第二操作，对各部件模型的部件号和截面号进行标记，其中，截面号采用自动标记的方式。然后根据整机模型计算出整机性能。本发明适用于计算分析航空发动机及燃气轮机的总体性能，通用性强，能快速组装搭建性能模型，在模型具有多种结构类型的情况下，只需要调整该模型的输入参数，即可完成部件模型的建立。

技术领域

本发明涉及航空发动机或燃气轮机领域，尤其是一种发动机模型构建方法、一种发动机总体性能计算分析方法和一种发动机总体性能测试系统。

背景技术

航空发动机(涡喷、涡扇、涡桨、涡轴发动机……)以及燃气轮机都是燃气涡轮发动机，都属于布雷顿等压加热循环旋转叶轮式热力发动机，主要都由进气装置进气、压气机压缩增压、燃烧室燃烧加热、涡轮膨胀做功、喷管排出(动力轴输出)等主要部件及所对应的循环过程构成。燃气涡轮发动机的主要部件存在气动连接，随着气流在发动机的内部流动，前面部件的参数会对后面部件的性能产生影响。

由于发动机部件性能和整机性能是发动机部件对气流作用后的反应，因此发动机气流参数与气流在发动机内部流经部件所处的位置息息相关，因此要准确反映出发动机各部件的性能，必须将气流参数与部件位置信息关联起来。航空发动机内部部件又较多，部件的各类参数也很多，为了方便进行识别和操作，增加可读性，因此必须对参数进行分类区分，一般用参数名称简写和截面号的组合(如T2)来表征气流某种参数，如T表示温度、截面号2表示气流流动时所处位置为风扇/压气机进口，这种方式既表明了参数类型又表征了气流所处位置。

开展航空发动机的性能建模计算分析时，为了区分部件类型和标记流道截面顺序，通常按照气流流路(流经部件的流动方向)，在性能部件模型中直接将发动机的部件及进出口截面按照1、2、3、4、5……等进行简化命名，以此区分各部件和截面位置。图1为双轴带加力小涵道比涡扇发动机流路结构示意图，如图1所示，计算时根据气流流动方向依次开展各部件性能的计算，得到对应部件截面的参数，如(T1、P1、W1、H1、M1……；T2、P2、W2、H2、M2……)等，并通过部件的进出口截面的参数进行数据传递。

由于燃气涡轮发动机有诸多类型和结构形式，要对一种结构类型的发动机进行性能计算，必须针对该型发动机特定的结构形式，建立对应的部件模型和气流流路，才能正确的建立整机模型开展计算分析。要分析另一个不同结构的发动机性能，不但要针对结构重新构建气流流路，有时还必须对部件模型内部进行更改，才能完整建立整机模型。

由此可知，不同的航空发动机或燃气轮机结构形式将产生不同气路连接方式，不同的连接方式将导致气流有不同的流通路径，因此表征气流所处的位置关系也将各不相同。如前所述，在进行发动机性能建模时，针对该发动机的相关部件模型一般通过表征该部件的参数类型和进出口截面号组合来构建部件参数，并通过前后连接关联来完成整机模型搭建。在针对其他不同类型、不同结构形式的发动机进行建模时，一方面要重新搭建气流流路，一方面还需要根据气流流路截面重新调整部件模型中参数与进出口截面对应关系，不能以一个结构形式的发动机模型来开展其他形式的发动机性能仿真计算，只能针对某个发动机类型或结构形式的发动机单独开展建模，现行的发动机计算分析模型在工程运用中通常不具有通用性。

同时，航空发动机内部部件较多，有时有两三个功能接近的部件，如风扇与压气机性质接近、高压涡轮与低压涡轮和动力涡轮接近、燃烧室与加力燃烧室等功能接近，这些部件的计算方法大同小异，主要是进出口参数和部件性能参数和特性不一样，为了缩短研发周期，因此往往可以采用相同的部件模型开展计算，而不重新建立部件模型。但是不同的发动机由于气流流路不同，往往在调用部件模型建立整机气流流路模型时，不得不对部件模型中的参数进行调整更改，因此还是无法快捷高效的开展。

发明内容