一种涡扇发动机腐蚀敏感性试验程序设计方法与流程

1.本技术属于航空发动机设计领域，特别涉及一种涡扇发动机腐蚀敏感性试验程序设计方法。


背景技术：

2.对于在航母上或者沿海地区服役的航空发动机，长期处于海洋大气环境中，高温、高湿、盐雾等因素共同作用导致海洋环境的腐蚀性较强。为了考核发动机的耐腐蚀能力，通常在发动机研制阶段开展整机腐蚀敏感性试验。gjb 241a-2010中对腐蚀敏感性试验提出了总体要求，但由于国内针对涡扇发动机的腐蚀敏感性试验开展较少，缺乏试验程序设计的相关经验。
3.gjb 241a-2010中规定：制定腐蚀敏感性试验程序时，需根据慢车状态和中间状态之间的涡轮前燃气总温差值等间距的设置4个节流状态稳态台阶。目前的腐蚀敏感性试验程序设计方法存在如下缺点：
4.1)目前在进行腐蚀敏感性试验程序设计时，通常只根据发动机整机性能仿真程序计算得到节流状态稳态台阶。发动机在试车时的实际性能表现通常会与理论计算结果存在一定差异，这会导致腐蚀敏感性试验程序中节流状态稳态台阶的设置出现偏离，影响试验考核结果。
5.2)对于大推力涡扇发动机，腐蚀敏感性试验装置通常为开放式的，为确保试验环境参数符合国军标要求，在试验过程中需根据发动机进口流量的变化动态调节盐雾雾化流量。在试验程序设计时通常习惯根据发动机高压转子相对换算转速设置节流状态稳态台阶，而高压转子相对换算转速与发动机进气流量的关系会受到发动机转差的影响，不利于对腐蚀敏感性试验过程中进口条件的控制。
6.因此，如何实现涡扇发动机腐蚀敏感性试验程序设计的精度是一个需要解决的问题。


技术实现要素：

7.本技术的目的是提供了一种涡扇发动机腐蚀敏感性试验程序设计方法，以解决现有技术中涡扇发动机腐蚀敏感性试验程序出现偏离的问题。
8.本技术的技术方案是：一种涡扇发动机腐蚀敏感性试验程序设计方法，包括：
9.选取一发动机整机性能仿真计算模型，计算海平面标准大气条件下该发动机从慢车状态至中间状态范围内的稳态性能，获得慢车状态至中间状态的高压相对换算转速n
2r
与发动机涡轮温降比τ
t
的关系曲线，其中，τ
t
＝t4/t6，t4为高压涡轮前燃气总温，t6为发动机低压涡轮后排气总温；
10.根据该发动机的台架试车数据，获得实际试车过程中慢车状态至中间状态的高压相对换算转速n
2r
与试车过程中实测的低压涡轮后排气总温t
6k
的关系曲线，以及发动机低压换算转速n
1r
与高压换算转速n
2r
的关系曲线；
11.慢车状态至中间状态的高压相对换算转速n
2r
与发动机涡轮温降比τ
t
的关系曲线，和实际试车过程中慢车状态至中间状态的高压相对换算转速n
2r
与试车过程中实测的低压涡轮后排气总温t
6k
的关系曲线，采用线性差值方法，得到实际试车过程中不同高压相对换算转速n
2r
下的发动机涡轮温降比τ
t
的值，进而得到实际试车过程中高压换算转速n
2r
与发动机换算的高压涡轮前燃气总温t
4k
的关系曲线，而后根据发动机慢车状态换算的高压涡轮前燃气总温t
4k_mc
和发动机中间状态换算的高压涡轮前燃气总温t
4k_zj
计算发动机中间状态与慢车状态换算的高压涡轮前燃气总温差值δt；
12.根据高压换算转速n
2r
与发动机换算的高压涡轮前燃气总温t
4k
的关系曲线，插值计算t
4k
为(t
4k_mc
+0.2
×
δt)、(t
4k_mc
+0.4
×
δt)、(t
4k_mc
+0.6
×
δt)和(t
4k_mc
+0.8
×
δt)时的对应的高压换算转速n
2r
值n
2r_1
、n
2r_2
、n
2r_3
和n
2r_4
；
13.根据n
2r_1
、n
2r_2
、n
2r_3
和n
2r_4
和高压换算转速n
2r
与低压换算转速n
1r
的关系曲线插值计算得到对应的低压换算转速n
1r_1
、n
1r_2
、n
1r_3
和n
1r_4
值；
14.根据低压换算转速n
1r_1
、n
1r_2
、n
1r_3
和n
1r_4
值并结合发动机大状态时间比例及循环数，设计得到发动机腐蚀敏感性程序。
15.优选地，所述低压涡轮后排气总温t
6k
＝t
6m
×
(288.15/(t1+273.15))k，k＝0.000048499
×
t
12-0.0021t1+0.7041，其中t
6m
为试车过程中实测的发动机低压涡轮后排气总温。
16.优选地，所述高压涡轮前燃气总温t
4k
＝t
6k
×
τ
t
,δt＝t
4k_zj-t
4k_mc
。
17.本技术的一种涡扇发动机腐蚀敏感性试验程序设计方法，先根据发动机整体性能计算模型计算发动机从慢车状态至中间状态范围内的稳态性能，获取慢车状态至中间状态的高压相对换算转速与发动机涡轮温降比的关系，再获得实际试车过程中慢车状态至中间状态的高压相对换算转速与试车过程中实测的低压涡轮后排气总温的关系，而后根据发动机慢车状态换算的高压涡轮前燃气总温和发动机中间状态换算的高压涡轮前燃气总温计算发动机中间状态与慢车状态换算的高压涡轮前燃气总温差值；计算不同节流状态下的温度对应的高压换算转速值，并根据高低压换算转速之间的关系准确得到不同节流状态下的温度对应的低压换算转速值，从而进行腐蚀敏感性试验程序设计。采用发动机低压转子换算转速设置节流状态稳态台阶，有利于提高腐蚀敏感性试验过程中发动机进口盐雾流量控制的准确性。
附图说明
18.为了更清楚地说明本技术提供的技术方案，下面将对附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述的附图仅仅是本技术的一些实施例。
19.图1为本技术整体流程示意图；
20.图2为本技术发动机整机性能计算得到的n
2r
与τ
t
关系图；
21.图3为本技术发动机实际试车过程中n
2r
与t
6k
关系图；
22.图4为本技术发动机实际试车过程中n
2r
与n
1r
关系图；
23.图5为本技术发动机实际试车过程中n
2r
与t
4k
关系图。
具体实施方式
24.为使本技术实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行更加详细的描述。
25.一种涡扇发动机腐蚀敏感性试验程序设计方法，如图1所示，包括如下步骤：
26.步骤s100，选取一发动机整机性能仿真计算模型，计算海平面标准大气条件下该发动机从慢车状态至中间状态范围内的稳态性能，获得慢车状态至中间状态的高压相对换算转速n
2r
与发动机涡轮温降比τ
t
的关系曲线，如图2所示，其中，τ
t
＝t4/t6，t4为高压涡轮前燃气总温，t6为发动机低压涡轮后排气总温；
27.通过建立高压相对换算转速与发动机涡轮温降比的对应关系，得到了发动机在不同状态下，发动机高压涡轮前燃气总温和低压涡轮后排气总温之间的温度变化关系，从而进一步得到高低压涡轮在不同状态下的温度对应关系。
28.步骤s200，根据该发动机的台架试车数据，获得实际试车过程中慢车状态至中间状态的高压相对换算转速n
2r
与试车过程中实测的低压涡轮后排气总温t
6k
的关系曲线，以及发动机低压换算转速n
1r
与高压换算转速n
2r
的关系曲线，如图3-4所示，；
29.低压涡轮后排气总温：
30.t
6k
＝t
6m
×
(288.15/(t1+273.15))k31.k＝0.000048499
×
t
12-0.0021t1+0.7041
32.其中t
6m
为试车过程中实测的发动机低压涡轮后排气总温。
33.由于低压涡轮后排气总温与低压换算转速之间存在直接的换算关系，从而建立高低压换算转速之间的对应关系，从而为高压轴系和低压轴系数据之间的进一步匹配提供了基础。
34.步骤s300，慢车状态至中间状态的高压相对换算转速n
2r
与发动机涡轮温降比τ
t
的关系曲线，和实际试车过程中慢车状态至中间状态的高压相对换算转速n
2r
与试车过程中实测的低压涡轮后排气总温t
6k
的关系曲线，采用线性差值方法，得到实际试车过程中不同高压相对换算转速n
2r
下的发动机涡轮温降比τ
t
的值，进而得到实际试车过程中高压换算转速n
2r
与发动机换算的高压涡轮前燃气总温t
4k
的关系曲线，如图5所示，而后根据发动机慢车状态换算的高压涡轮前燃气总温t
4k_mc
和发动机中间状态换算的高压涡轮前燃气总温t
4k_zj
计算发动机中间状态与慢车状态换算的高压涡轮前燃气总温差值δt；
35.高压涡轮前燃气总温：
36.t
4k
＝t
6k
×
τ
t
37.δt＝t
4k_zj-t
4k_mc
。
38.通过该步骤，建立了发动机在不同状态下高压涡轮前燃气总温之间的差值关系。发动机中间状态与慢车状态之间的状态即为节流状态，通过t
4k_mc
和t
4k_zj
能够比较准确地找到节流状态对应的温度范围区间。
39.步骤s400，根据高压换算转速n
2r
与发动机换算的高压涡轮前燃气总温t
4k
的关系曲线，插值计算t
4k
为(t
4k_mc
+0.2
×
δt)、(t
4k_mc
+0.4
×
δt)、(t
4k_mc
+0.6
×
δt)和(t
4k_mc
+0.8
×
δt)时的对应的高压换算转速n
2r
值n
2r_1
、n
2r_2
、n
2r_3
和n
2r_4
；
40.通过对节流状态对应的温度范围区间进行等比例划分，从而能够校准地找到不同节流状态的高压涡轮前燃气总温对应的高压换算转速值。
41.步骤s500，根据n
2r_1
、n
2r_2
、n
2r_3
和n
2r_4
和高压换算转速n
2r
与低压换算转速n
1r
的关系曲线插值计算得到对应的低压换算转速n
1r_1
、n
1r_2
、n
1r_3
和n
1r_4
值；通过步骤s200得到的高低压换算转速之间的对应关系能够较为准确地得到节流状态对应的低压换算转速值。
42.步骤s600，根据低压换算转速n
1r_1
、n
1r_2
、n
1r_3
和n
1r_4
值并结合发动机大状态时间比例及循环数等，设计得到发动机腐蚀敏感性程序；由于准确地找到了不同节流状态对应的低压换算转速值，具体的程序按照现有方法设计即可，具体不再赘述。
43.本技术先根据发动机整体性能计算模型计算发动机从慢车状态至中间状态范围内的稳态性能，获取慢车状态至中间状态的高压相对换算转速与发动机涡轮温降比的关系，再获得实际试车过程中慢车状态至中间状态的高压相对换算转速与试车过程中实测的低压涡轮后排气总温的关系，而后根据发动机慢车状态换算的高压涡轮前燃气总温和发动机中间状态换算的高压涡轮前燃气总温计算发动机中间状态与慢车状态换算的高压涡轮前燃气总温差值；计算不同节流状态下的温度对应的高压换算转速值，并根据高低压换算转速之间的关系准确得到不同节流状态下的温度对应的低压换算转速值，从而进行腐蚀敏感性试验程序设计。考虑了发动机在不同进气温度下的实际表现，确保发动机在设置的各节流状态稳态转速台阶下涡轮前燃气总温表现可满足gjb241a-2010的要求；考虑了与腐蚀敏感性试验进气喷盐设备的匹配性，采用发动机低压转子换算转速设置节流状态稳态台阶，有利于提高腐蚀敏感性试验过程中发动机进口盐雾流量控制的准确性。
44.以上所述，仅为本技术的具体实施方式，但本技术的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本技术揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本技术的保护范围之内。因此，本技术的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

技术特征：
1.一种涡扇发动机腐蚀敏感性试验程序设计方法，其特征在于，包括：选取一发动机整机性能仿真计算模型，计算海平面标准大气条件下该发动机从慢车状态至中间状态范围内的稳态性能，获得慢车状态至中间状态的高压相对换算转速n
2r
与发动机涡轮温降比τ
t
的关系曲线，其中，τ
t
＝t4/t6，t4为高压涡轮前燃气总温，t6为发动机低压涡轮后排气总温；根据该发动机的台架试车数据，获得实际试车过程中慢车状态至中间状态的高压相对换算转速n
2r
与试车过程中实测的低压涡轮后排气总温t
6k
的关系曲线，以及发动机低压换算转速n
1r
与高压换算转速n
2r
的关系曲线；慢车状态至中间状态的高压相对换算转速n
2r
与发动机涡轮温降比τ
t
的关系曲线，和实际试车过程中慢车状态至中间状态的高压相对换算转速n
2r
与试车过程中实测的低压涡轮后排气总温t
6k
的关系曲线，采用线性差值方法，得到实际试车过程中不同高压相对换算转速n
2r
下的发动机涡轮温降比τ
t
的值，进而得到实际试车过程中高压换算转速n
2r
与发动机换算的高压涡轮前燃气总温t
4k
的关系曲线，而后根据发动机慢车状态换算的高压涡轮前燃气总温t
4k_mc
和发动机中间状态换算的高压涡轮前燃气总温t
4k_zj
计算发动机中间状态与慢车状态换算的高压涡轮前燃气总温差值δt；根据高压换算转速n
2r
与发动机换算的高压涡轮前燃气总温t
4k
的关系曲线，插值计算t
4k
为(t
4k_mc
+0.2
×
δt)、(t
4k_mc
+0.4
×
δt)、(t
4k_mc
+0.6
×
δt)和(t
4k_mc
+0.8
×
δt)时的对应的高压换算转速n
2r
值n
2r_1
、n
2r_2
、n
2r_3
和n
2r_4
；根据n
2r_1
、n
2r_2
、n
2r_3
和n
2r_4
和高压换算转速n
2r
与低压换算转速n
1r
的关系曲线插值计算得到对应的低压换算转速n
1r_1
、n
1r_2
、n
1r_3
和n
1r_4
值；根据低压换算转速n
1r_1
、n
1r_2
、n
1r_3
和n
1r_4
值并结合发动机大状态时间比例及循环数，设计得到发动机腐蚀敏感性程序。2.如权利要求1所述的一种涡扇发动机腐蚀敏感性试验程序设计方法，其特征在于：所述低压涡轮后排气总温t
6k
＝t
6m
×
(288.15/(t1+273.15))
k
，k＝0.000048499
×
t
12-0.0021t1+0.7041，其中t
6m
为试车过程中实测的发动机低压涡轮后排气总温。3.如权利要求1所述的一种涡扇发动机腐蚀敏感性试验程序设计方法，其特征在于：所述高压涡轮前燃气总温t
4k
＝t
6k
×
τ
t
,δt＝t
4k_zj-t
4k_mc
。

技术总结
本申请属于航空发动机设计领域，为一种涡扇发动机腐蚀敏感性试验程序设计方法，先根据发动机整体性能计算模型获取慢车状态至中间状态的高压相对换算转速与发动机涡轮温降比的关系，再获得实际试车过程中慢车状态至中间状态的高压相对换算转速与试车过程中实测的低压涡轮后排气总温的关系，而后计算发动机中间状态与慢车状态换算的高压涡轮前燃气总温差值；并根据高低压换算转速之间的关系准确得到不同节流状态下的温度对应的低压换算转速值，从而进行腐蚀敏感性试验程序设计。采用发动机低压转子换算转速设置节流状态稳态台阶，有利于提高腐蚀敏感性试验过程中发动机进口盐雾流量控制的准确性。盐雾流量控制的准确性。盐雾流量控制的准确性。


技术研发人员：柴政 杨怀丰 孙家超 郭海红 李兆红 刘亚君
受保护的技术使用者：中国航发沈阳发动机研究所
技术研发日：2023.07.13
技术公布日：2023/10/15