一种航空燃气涡轮发动机地面起动点火供油设计方法与流程

1.本技术属于航空发动机设计领域，特别涉及一种航空燃气涡轮发动机地面起动点火供油设计方法。


背景技术：

2.航空发动机成功起动的首要条件是燃烧室快速、可靠点火。发动机起动点火特性与燃烧室特性、核心机低转速特性以及发动机点火供油规律等密切相关，在任一型号发动机确定硬件技术状态的条件下，优化起动点火供油规律可以更好地实现燃烧室点火，从而提高发动机的起动成功率。目前某型发动机地面起动过程的点火供油逻辑是：为了规避点火失速问题采取软点火方式，地面起动初始点火油量在同一大气压下为固定值，见公式1，供油后以一定的供油增加速率逐步提高供油量，直到点火成功满足进入闭环的条件进行转速上升率闭环控制。
3.wf＝f(ph) (1)
4.由公式(1)可知，目前初始点火油量主要根据大气压力确定，在同一大气压力下，初始点火油量为固定值。如果大气温度下降，发动机换算转速升高，进气流量增加，采用相同的初始点火油量，造成贫油点火，再叠加低温天燃油雾化效果不好，可能造成发动机地面起动点火失败。相反，大气温度升高，造成富油点火，也可能造成发动机地面起动点火失败，极端情况下(大量燃油在主燃烧室甚至整个发动机内堆积)可能会出现起动点火爆燃。
5.因此如何防止大气温度升高或者降低时发动机起动异常是一个需要解决的问题。


技术实现要素：

6.本技术的目的是提供了一种航空燃气涡轮发动机地面起动点火供油设计方法，以解决现有技术中大气温度升高或者降低时均有可能导致发动机起动异常的问题。
7.本技术的技术方案是：一种航空燃气涡轮发动机地面起动点火供油设计方法，包括：
8.设置大气温度低温阈值和大气温度高温阈值，实时获取当前大气温度值，比较当前大气温度值与大气温度低温阈值或者大气温度高温阈值的数值大小；
9.若当前大气温度值小于等于大气温度低温阈值或者当前大气温度值大于等于大气温度高温阈值，则获取当前发动机高压物理转速ng和换算转速nr，计算发动机高压物理转速ng和换算转速nr之间的差值δn＝n
r-ng，并根据差值δn对初始点火油量进行修正，形成新初始油量点火公式；
10.当判断出大气温度小于等于大气温度低温阈值时，所述新初始油量点火公式以第一速率逐步提高供油量；当判断出大气温度大于等于大气温度高温阈值时，所述新初始油量点火公式以第二速率逐步提高供油量；当判断出大气温度处于大气温度低温阈值和大气温度高于阈值之间时，按照第三速率逐步提高供油量，并且第一速率大于等于第三速率，第三速率大于等于第二速率；
11.判断是否点火成功，若点火成功，则发动机地面起动过程点火供油结束。
12.优选地，所述新初始油量点火公式为：
[0013][0014]
式中，a为常数，m、n为系数。
[0015]
优选地，所述差值δn的数值范围为：-4≤δn≤3。
[0016]
优选地，所述发动机供油量逐步提高的具体方法为：分别设置第一速率、第二速率和第三速率，设置速率提升时间间隔；在数字电子控制器内设置点火油量随时间变化的三个表格，每个表格内均设置若干个发动机的点火油量随时间变化的数值节点，在发动机地面起动点火供油时，按照不同的状态选择对应的速率逐步提升点火供油量，并在每个速率提升时间间隔达到时将点火油量提升至下一个数值节点，直至点火成功。
[0017]
本技术的一种航空燃气涡轮发动机地面起动点火供油设计方法，通过设置大气温度低温阈值和大气温度高温阈值，实时获取当前大气温度值，当判断出当前大气温度值小于等于大气温度低温阈值或者当前大气温度值大于等于大气温度高温阈值，则计算发动机高压物理转速和换算转速之间的差值，并根据该差值对初始点火油量进行修正，形成新初始油量点火公式；同时点火时，根据不同的温度区间按照不同的点火速率逐步提高供油量，直至发动机点火成功。可防止发动机出现初始点火失败并快速建立发动机主燃烧室正常燃烧条件，提高发动机地面起动的成功率，而且实施方便、周期较短、效果明显。
附图说明
[0018]
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。
[0019]
图1为本技术整体流程示意图。
具体实施方式
[0020]
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。
[0021]
一种航空燃气涡轮发动机地面起动点火供油设计方法，如图1所示，包括如下步骤：
[0022]
步骤s100，判断是否存在温度异常
[0023]
设置大气温度低温阈值和大气温度高温阈值，实时获取当前大气温度值，比较当前大气温度值与大气温度低温阈值或者大气温度高温阈值的数值大小；
[0024]
根据原方案确定标准天(t1＝15℃，p1＝101.3kpa)，高压转子物理转速达到ng开始供油(供油物理转速)，地面起动初始点火油量为a，大气压力下降，地面起动初始点火油量也随之下降，具体见表1。
[0025]
ph(kpa)≥101.390807060≤54.0wf(kg/h)aa-10a-20a-30a-40a-45
[0026]
在本实施例中，优选地设置大气温度低温阈值为0℃，大气温度高温阈值为30℃。
则在0℃和30℃之间的温度范围即为发动机正常的工作状态。
[0027]
步骤s200，温度异常时进行进行初始油量修正
[0028]
若当前大气温度值小于等于大气温度低温阈值或者当前大气温度值大于等于大气温度高温阈值，则获取当前发动机高压物理转速ng和换算转速nr，计算发动机高压物理转速ng和换算转速nr之间的差值δn＝n
r-ng，并根据差值δn对初始点火油量进行修正，形成新初始油量点火公式；
[0029]
优选地，新初始油量点火公式为：
[0030][0031]
式中，a为常数，m、n为系数。
[0032]
15℃为标准天下的标准温度，一般情况下m大于n。
[0033]
优选地，差值δn的数值范围为：-4≤δn≤3。
[0034]
高压物理转速ng和换算转速nr在发动机不同的状态下持续发生变化，从而在不同的状态下生成不同的δn，如一典型状态点下的δn与非典型状态点下的δn可能不同，这样在发动机地面起动点后供油时，按照时间节点分别从前至后分别录入不同时间节点下的δn的数值，并形成修正曲线，将该修正曲线发送至数字电子控制器内，从而能够按照不同的时间节点形成不同的修正量。
[0035]
该设计能够保证在不同的大气温度下对初始点火油量进行修正，防止点火失败。
[0036]
步骤s300，逐步提高发动机的供油量进行点火
[0037]
当判断出大气温度小于等于大气温度低温阈值时，即t1≤0℃，所述新初始油量点火公式以第一速率x％/s逐步提高供油量；当判断出大气温度大于等于大气温度高温阈值时，即t1≥30℃，所述新初始油量点火公式以第二速率y％/s逐步提高供油量；当判断出大气温度处于大气温度低温阈值和大气温度高于阈值之间时，按照第三速率z％/逐步提高供油量，并且第一速率大于等于第三速率，第三速率大于等于第二速率，也即是x≥z≥y；
[0038]
优选地，发动机供油量逐步提高的具体方法为：分别设置第一速率、第二速率和第三速率，设置速率提升时间间隔；在数字电子控制器内设置点火油量随时间变化的三个表格，每个表格内均设置若干个发动机的点火油量随时间变化的数值节点，在发动机地面起动点火供油时，按照不同的状态选择对应的速率逐步提升点火供油量，并在每个速率提升时间间隔达到时将点火油量提升至下一个数值节点，直至点火成功。
[0039]
通过在不同的大气温度下按照不同的速率逐步提升点火油量，当温度较低时以较快的速度提升供油量，当温度较高时以较慢的速度提升供油量，保证点火稳定性、进一步提升点火成功率。
[0040]
步骤s400，发动机地面起动过程点火供油结束
[0041]
判断是否点火成功，若否，则按照步骤s300逐步提升供油量，直至点火成功，若点火成功，则发动机地面起动过程点火供油结束。
[0042]
本技术通过设置大气温度低温阈值和大气温度高温阈值，实时获取当前大气温度值，当判断出当前大气温度值小于等于大气温度低温阈值或者当前大气温度值大于等于大气温度高温阈值，则计算发动机高压物理转速和换算转速之间的差值，并根据该差值对初始点火油量进行修正，形成新初始油量点火公式；同时点火时，根据不同的温度区间按照不
同的点火速率逐步提高供油量，直至发动机点火成功。可防止发动机出现初始点火失败并快速建立发动机主燃烧室正常燃烧条件，提高发动机地面起动的成功率，而且实施方便、周期较短、效果明显。
[0043]
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：
1.一种航空燃气涡轮发动机地面起动点火供油设计方法，其特征在于，包括：设置大气温度低温阈值和大气温度高温阈值，实时获取当前大气温度值，比较当前大气温度值与大气温度低温阈值或者大气温度高温阈值的数值大小；若当前大气温度值小于等于大气温度低温阈值或者大气温度值大于等于大气温度高温阈值，则获取当前发动机高压物理转速n
g
和换算转速n
r
，计算发动机高压物理转速n
g
和换算转速n
r
之间的差值δn＝n
r-n
g
，并根据差值δn对初始点火油量进行修正，形成新初始油量点火公式；当判断出大气温度小于等于大气温度低温阈值时，所述新初始油量点火公式以第一速率逐步提高供油量；当判断出大气温度大于等于大气温度高温阈值时，所述新初始油量点火公式以第二速率逐步提高供油量；当判断出大气温度处于大气温度低温阈值和大气温度高于阈值之间时，按照第三速率逐步提高供油量，并且第一速率大于等于第三速率，第三速率大于等于第二速率；判断是否点火成功，若点火成功，则发动机地面起动过程点火供油阶段结束。2.如权利要求1所述的航空燃气涡轮发动机地面起动点火供油设计方法，其特征在于，所述新初始油量点火公式为：式中，a为常数，m、n为系数。3.如权利要求1所述的航空燃气涡轮发动机地面起动点火供油设计方法，其特征在于：所述差值δn的数值范围为：-4≤δn≤3。4.如权利要求1所述的航空燃气涡轮发动机地面起动点火供油设计方法，其特征在于，所述发动机供油量逐步提高的具体方法为：分别设置第一速率、第二速率和第三速率，设置速率提升时间间隔；在数字电子控制器内设置点火油量随时间变化的三个表格，每个表格内均设置若干个发动机的点火油量随时间变化的数值节点，在发动机地面起动点火供油时，按照不同的状态选择对应的速率逐步提升点火供油量，并在每个速率提升时间间隔达到时将点火油量提升至下一个数值节点，直至点火成功。

技术总结
本申请属于航空发动机设计领域，为一种航空燃气涡轮发动机地面起动点火供油设计方法，通过设置大气温度低温阈值和大气温度高温阈值，实时获取当前大气温度值，当判断出当前大气温度值小于等于大气温度低温阈值或者当前大气温度值大于等于大气温度高温阈值，则计算发动机高压物理转速和换算转速之间的差值，并根据该差值对初始点火油量进行修正，形成新初始油量点火公式；同时点火时，根据不同的温度区间按照不同的点火速率逐步提高供油量，直至发动机点火成功。可防止发动机出现初始点火失败并快速建立发动机主燃烧室正常燃烧条件，提高发动机地面起动的成功率，而且实施方便、周期较短、效果明显。效果明显。效果明显。


技术研发人员：邢洋 杨怀丰 柴政 刘亚君 郭海红
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：2023.03.09
技术公布日：2023/6/14