[发明专利]一种可调叶片角度分级调控的压气机建模方法

摘要

本发明涉及一种可调叶片角度分级调控的压气机建模方法，所述可调叶片角度分级调控的压气机建模方法适用于两级可调叶片的压气机，一级为可调导流叶片，另一级为可调静子叶片，所述可调叶片角度分级调控的压气机建模方法包括，步骤一：建立可调导流叶片角度和可调静子叶片角度分别控制的压气机特性；步骤二、利用建立的压气机特性完成压气机模型计算。本发明的可调叶片角度分级调控的压气机建模方法解决了进口可调导流叶片角度和可调静子叶片角度分别控制的压气机模型建立问题，或解决了必须依赖于发动机模型的控制系统设计和试验问题。

主权项

1.一种可调叶片角度分级调控的压气机建模方法，其特征在于，所述可调叶片角度分级调控的压气机建模方法适用于两级可调叶片的压气机，一级为可调导流叶片，另一级为可调静子叶片，所述两级可调叶片的压气机中可调导流叶片在压气机第一级转子叶片前，可调静子叶片在压气机转子叶片后，所述前为靠近压气机进气口方向，所述可调叶片角度分级调控的压气机建模方法包括步骤一：建立可调导流叶片角度和可调静子叶片角度分别控制的压气机特性根据压气机试验件的试验结果和/或计算修正结果梳理出压气机的设计特性，由于压气机可调导流叶片角度α₀和可调静子叶片角度α₁的调节都对压气机的特性有影响，因此要确定可调导流叶片角度和可调静子叶片角度的变化范围，建立导流叶片角度α₀和静子叶片角度α₁在可调边界的特性曲线，具体过程包括：1.1)建立压气机设计特性图建立可调导流叶片角度α₀和可调静子叶片角度α₁都在设计角度的压气机设计特性；1.2)确定α₀的变化范围，建立α₀左右边界特性线保持可调静子叶片角度α₁不变，确定可调导流叶片角度α₀角度分别在最小值或称左边界和最大值或称右边界时的压气机特性曲线；对应每个转速有三条特性线；1.3)确定α₁的变化范围，建立的α₀、α₁边界特性线确定对应每个相对换算转速，当可调导流叶片角度α₀在左边界、设计角度、右边界三种角度的情况下，可调静子叶片角度α₁分别在左边界、设计角度、右边界角度的特性曲线，令α₀在左边界、α₁在左边界的线为左左；α₀不变、α₁在左边界的线为中左；α₀在右边界、α₁在左边界的线为右左；同理命名其它六条曲线；按照步骤1.1至步骤1.3确定各相对换算转速的压气机特性线组；步骤二、利用建立的压气机特性完成压气机模型计算根据所求相对换算转速N比较判断插值所需转速特性线组，根据α₀和α₁确定计算所需的边界特性线，用插值法建立压气机的所求转速的设计特性线和边界特性线，进而建立所求转速对应导流叶片角度和可调静子叶片角度状态下的压气机的新特性线，利用新特性线，根据压气机压比，插值求得出压气机换算空气流量和效率，并建立数学模型描述方程：W_c＝f₁(n_C,π,α₀,α₁)和η_c＝f₂(n_C,π,α₀,α₁)其中，n_C为相对换算转速，π为压气机压比，W_c为压气机的进口换算流量，η_c为压气机的效率；其中，压气机数学模型计算包括：2.1)确定插值转速和所求转速N的α₀和α₁的变化范围根据所求转速N的值，通过比较的方法确定用于插值的已知特性线转速N_i和N_i+1，由所求转速N、已知转速N_i及其角度α₀[a_i b_i c_i]α₁[d_ie_i f_i]和已知转速N_i+1及其角度α₀[a_i+1b_i+1c_i+1]α₁[d_i+1e_i+1f_i+1]，利用一维线性插值公式取y₁分别为a_i、b_i、c_i，y₂分别为a_i+1、b_i+1、c_i+1，求得所求转速N的α₀[a b c]的a b c值；取y₁分别为d_i、e_i、f_i，y₂分别为d_i+1、e_i+1、f_i+1，求得所求转速N的α₁[d e f]的def值，i＝1，2，3…n；2.2)确定用于下一步插值计算的Ni的四条特性线和Ni+1的四条特性线由所求转速N的α₀和α₁确定用于插值的特性线在设计特性(b e)对应角度的左侧还是右侧；若α₀和α₁同时在设计特性(b e)对应角度的左侧，使用N_i的α₀[a_i b_i]α₁[d_ie_i]对应的四条特性线，(α₀α₁)分别为(a_id_i)、(b_i d_i)、(a_ie_i)、(b_ie_i)，同理确定N_i+1的四条特性线，分别为(a_i+1 d_i+1)、(b_i+1 d_i+1)、(a_i+1e_i+1)、(b_i+1e_i+1)，共八条特性线；若α₀和α₁同时为右侧，同理确定八条特性线分别为转速N_i的四条特性线(b_ie_i)、(c_ie_i)、(b_i f_i)、(c_i f_i)和N_i+1的四条特性线(b_i+1e_i+1)、(c_i+1e_i+1)、(b_i+1 f_i+1)、(c_i+1 f_i+1)；若α₀为左侧α₁为右侧，确定八条特性线分别为转速Ni的四条特性线(a_ie_i)、(b_ie_i)、(a_i f_i)、(b_i f_i)和N_i+1的四条特性线(a_i+1e_i+1)、(b_i+1e_i+1)、(a_i+1 f_i+1)、(b_i+1 f_i+1)；若α₀为右侧α₁为左侧，确定八条特性线分别为转速N_i的四条特性线(b_i d_i)、(c_i d_i)、(b_ie_i)、(c_ie_i)和N_i+1的四条特性线(b_i+1 d_i+1)、(c_i+1 d_i+1)、(b_i+1e_i+1)、(c_i+1e_i+1)；2.3)求出所求转速N和所求角度α₀和α₁的四条新边界特性线若α₀和α₁都在设计特性角度的左侧，由转速N_i的(a_i d_i)特性线和N_i+1的(a_i+1 d_i+1)特性线，插值出所求转速N的角度(α₀ α₁)为(a d)的新的特性线，即“N(a d)”，由转速N_i角度(b_i d_i)特性线和转速N_i+1角度(b_i+1 d_i+1)特性线插值出所求转速N的角度(α₀ α₁)为(b d)的新的特性线“N(b d)”，由转速N_i角度(a_ie_i)特性线和转速N_i+1角度(a_i+1e_i+1)特性线插值出所求转速N的(α₀α₁)为角度(a e)的新特性线“N(a e)”，由转速N_i角度(b_ie_i)特性线和转速N_i+1角度(b_i+1e_i+1)特性线插值出所求转速N的角度(α₀α₁)为(b e)的新特性线“N(b e)”；若α₀和α₁都在设计特性角度右侧，求出所求转速N和所求角度α₀和α₁的“N(b e)”、“N(c e)”、“N(b f)”和“N(c f)”四条新边界特性线；若α₀在设计特性角度的左侧、α₁在设计特性角度的右侧，求出对应所求转速N和所求角度α₀和α₁的“N(a e)”、“N(b e)”、“N(a f)”和“N(b f)”四条新边界特性线；若α₀在设计特性角度的右侧、α₁在设计特性角度的左侧，求出对应所求转速N和所求角度α₀和α₁的“N(b d)”、“N(c d)”、“N(b e)”和“N(c e)”四条新边界特性线；2.4)利用四条新边界特性线插值求出可调静子叶片角度α₁的两条新边界特性线根据步骤2.3插值出的所求转速N和所求角度α₀和α₁的四条新边界特性线，插值求出所求转速N和所求角度α₀的、针对可调静子叶片角度α₁的两条新边界特性曲线；若α₀和α₁都在设计特性角度的左侧，利用“N(a d)”和“N(b d)”两条特性线，插值出“N(α₀ d)”特性线，利用“N(a e)”和“N(b e)”两条特性线，插值出“N(α₀ e)”特性线；若α₀和α₁都在设计特性角度右侧，求出“N(α₀ e)”和“N(α₀ f)”特性线；若α₀在设计特性角度的左侧、α₁在设计特性角度的右侧，求出“N(α₀ e)”和“N(α₀ f)”特性线；若α₀在设计特性角度的右侧、α₁在设计特性角度的左侧，求出“N(α₀ d)”和“N(α₀ e)”特性线；2.5)求出所求转速N和所求角度α₀、α₁的特性线由上一步求出的可调静子叶片角度α₁的两条新边界特性线，插值求出所求转速N和所求角度α₀、所求角度α₁的特性线；若α₀和α₁都在设计特性角度的左侧，利用第四步获得的“N(α₀ d)”特性线和“N(α₀ e)”特性线，插值出“N(α₀ α₁)”特性线；若α₀和α₁都在设计特性角度右侧，利用第四步获得的“N(α₀ e)”和“N(α₀ f)”特性线插值出“N(α₀ α₁)”特性线；若α₀在设计特性角度的左侧、α₁在设计特性角度的右侧，利用第四步获得的“N(α₀ e)”和“N(α₀ f)”特性线插值出“N(α₀ α₁)”特性线；若α₀在设计特性角度的右侧、α₁在设计特性角度的左侧，利用第四步获得的“N(α₀ d)”和“N(α₀ e)”特性线插值出“N(α₀ α₁)”特性线；2.6)完成压气机模型计算应用上述计算方法，计算出的“N(α₀ α₁)”特性线是针对所求转速N、所求α₀、所求α₁的一条“压比－流量”特性线和一条“压比－效率”特性线；利用这两条特性线，根据压气机的压比，比较求得π_j和π_j+1及对应的W_j、η_j和W_j+1、η_j+1，按照下列公式可以计算出压气机的换算空气流量和效率，完成压气机模型的计算；根据求出的压气机换算空气流量W，求出压气机进口空气流量，根据求出的压气机换算效率η，求出压气机工作效率，考虑压气机引气量，求出压气机的参数，所述参数包括出口空气流量、熵、焓、功率，最终完成压气机模型的计算，上式中，(α₀α₁)表示压气机可调导流叶片角度和可调静子叶片角度值[a b]表示叶片角度调整域从a到b值[a b c][d e f]表示已知α₀分别对应a、b、c值时和α₁分别对应d、e、f值时的压气机特性线组，分别为(a d)(a e)(a f)(b d)(b e)(b f)(c d)(c e)(c f)这9条压气机特性线，当α₀＝a时是α₀的左边界，当α₀＝c时是α₀的右边界，当α₁＝d是α₁的左边界，当α₁＝f是α₁的右边界。