[发明专利]考虑爆频的脉冲爆震涡轮发动机涡轮综合性能评估方法

说明书

本申请公开了一种考虑爆频的脉冲爆震涡轮发动机涡轮综合性能评估方法。本申请由于采用效率高、低值区间时间段的平均功率与效率按时间区间长度进行加权平均的方式得到整个爆震周期内的涡轮综合功率与效率，因此对涡轮综合功率与综合效率的计算评估能避免复杂的数值积分计算，简便快捷。评估得到的涡轮综合功率与综合效率与脉冲爆震频率直接相关，能反映爆震频率对涡轮综合性能的影响，使评估的结果更接近真实值。通过一次脉冲爆震燃烧室与涡轮的联合仿真计算，即可评估不同爆震频率下涡轮的综合功率与综合效率，无需在不同爆震频率下进行多次脉冲爆震燃烧室与涡轮的联合仿真计算，极大地节省了计算资源，提高了评估效率，降低了评估成本。

技术领域

本申请涉及涡轮发动机技术领域，特别地，涉及一种考虑爆频的脉冲爆震涡轮发动机涡轮综合性能评估方法。

背景技术

脉冲爆震涡轮发动机是一种利用脉冲爆震燃烧室替代传统涡轮发动机中的等压燃烧室的新概念发动机。由于爆震燃烧具有自增压，高热效率等显著的优势，脉冲爆震涡轮发动机是未来涡轮发动机的一种较有前景的技术发展方向。

在脉冲爆震涡轮发动机中，由于爆震燃烧室中发生高频率的脉冲爆震燃烧，其出口流场作为下游涡轮的进口流场，造成涡轮内的流动是强烈非定常的，故作为涡轮的主要性能评估指标的功率与效率也是随时间强烈变化的。因此，对于脉冲爆震发动机涡轮性能的评估需要采用整个脉冲爆震周期内的综合功率与综合效率。

由于脉冲爆震涡轮发动机综合性能评估的基础是脉冲爆震燃烧室与涡轮的气动联合仿真计算结果，而每个联合仿真计算只能在单个脉冲爆震频率下进行。现有的考虑爆频的脉冲爆震涡轮发动机涡轮综合性能评估方法(周期积分法、气动力法)计算涡轮实际功率时，是在爆震周期内将涡轮气动参数进行了积分，从而无法反映脉冲爆震频率的对涡轮综合性能的影响，只能评估联合仿真所计算的单个频率下的脉冲爆震涡轮的综合功率与综合效率。如果需要考察其它脉冲爆震频率下的涡轮综合性能，则需要重新在该频率下进行脉冲爆震燃烧室与涡轮的联合仿真计算。而联合仿真计算需包含完整的燃料填充、爆震波的生成与传播、燃气排出过程，整个过程非定常计算时间步数达到10万步以上，需消耗大量的计算机资源。

发明内容

本申请提供了一种考虑爆频的脉冲爆震涡轮发动机涡轮综合性能评估方法，旨在解决现有脉冲爆震涡轮发动机综合性能评估方法在考察不同脉冲爆震频率下的涡轮综合性能时存在计算量大、成本高的技术问题。

本申请采用的技术方案如下：

一种考虑爆频的脉冲爆震涡轮发动机涡轮综合性能评估方法，包括步骤：

S1、在仿真软件中建立脉冲爆震燃烧室与涡轮的联合仿真非定常计算模型；

S2、根据脉冲爆震波的产生与发展的时间历程，将爆震室与涡轮联合仿真的计算周期划分为三个时间段：燃料的填充过程段，爆震波的生成与传播过程段，爆震波排出后的爆震管内压力降低过程段，根据三个时间段的物理过程特征和经历的时间长度确定各时间段的非定常计算的时间步长与步数；

S3、设置三个时间段的仿真参数，设置非定常计算的结果输出参数，完成设定爆震频率下全过程的非定常联合仿真计算；

S4、根据结果输出参数计算涡轮功率与效率的瞬时值，绘制涡轮进口总压与涡轮瞬时效率随物理时间的变化图线；

S5、根据涡轮进口总压与涡轮瞬时效率随物理时间的变化图线，确定爆震波开始生成的时刻点t1与减弱至消失的时刻点t2；

S6、根据时刻点t1和时刻点t2将整个爆震周期划分为涡轮效率高值区间时间段、涡轮效率低值区间时间段，将涡轮效率高值区间时间段、涡轮效率低值区间时间段的平均功率与效率按时间区间长度进行加权平均得到当前爆震频率下整个爆震周期内的涡轮综合功率与效率；