本技術(shù)屬于發(fā)動機(jī)仿真，特別涉及一種發(fā)動機(jī)變維度數(shù)值仿真方法及裝置。

背景技術(shù)：

1、航空發(fā)動機(jī)整機(jī)仿真技術(shù)是航空發(fā)動機(jī)進(jìn)行概念設(shè)計、研發(fā)、制造、試驗和使用過程中的重要手段。借助更加精確的航空發(fā)動機(jī)整機(jī)仿真工具可以大量減少設(shè)計和試驗周期，降低成本。然而，傳統(tǒng)的基于部件特性建立的航空發(fā)動機(jī)零維整機(jī)模型十分依賴部件特性，并且隨著發(fā)動機(jī)構(gòu)型逐漸復(fù)雜化，零維仿真模型在應(yīng)用過程中存在收斂性問題。準(zhǔn)三維或三維的航空發(fā)動機(jī)整機(jī)仿真則需要大量的計算資源，計算速度慢，同時多場耦合的大型復(fù)雜區(qū)域流場仿真使得其收斂性和穩(wěn)定性難以保證。因此，有必要發(fā)展一種能夠?qū)崿F(xiàn)快速計算，且模型穩(wěn)定性和收斂性良好的高精度整機(jī)仿真方法。

2、開式轉(zhuǎn)子發(fā)動機(jī)作為新一代高效節(jié)能的綠色動力，一直是近年來研究的熱點(diǎn)。目前開式轉(zhuǎn)子發(fā)動機(jī)整機(jī)仿真方法主要是基于部件級零維模型，仿真計算精度有限。

3、在發(fā)動機(jī)變維度仿真方面，現(xiàn)有技術(shù)中，公開號為cn114781153a的中國發(fā)明專利對風(fēng)扇部件進(jìn)行了三維仿真，提出了一種整機(jī)變維度仿真性能仿真流程控制方法，公開號為cn118114595a的中國發(fā)明專利對壓氣機(jī)和透平進(jìn)行了三維仿真，給出了燃機(jī)的變維度仿真的耦合計算方法。但是目前并沒有針對開式轉(zhuǎn)子發(fā)動機(jī)進(jìn)行變維度仿真的研究。

4、此外，對于牽拉式結(jié)構(gòu)的齒輪驅(qū)動式開式轉(zhuǎn)子發(fā)動機(jī)，由于對轉(zhuǎn)槳扇尾流渦的干擾，發(fā)動機(jī)進(jìn)口會產(chǎn)生一定程度的進(jìn)氣畸變，影響壓氣機(jī)的穩(wěn)定性。但現(xiàn)有技術(shù)中，并沒有對于開式轉(zhuǎn)子發(fā)動機(jī)進(jìn)氣畸變進(jìn)行研究。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、為了解決上述問題，本技術(shù)提供了一種發(fā)動機(jī)變維度數(shù)值仿真方法及裝置。

2、本技術(shù)第一方面提供了一種發(fā)動機(jī)變維度數(shù)值仿真方法，主要包括：

3、步驟s1、給定對轉(zhuǎn)槳扇的前槳轉(zhuǎn)速的初猜值、前槳槳距角初猜值、后槳轉(zhuǎn)速初猜值及后槳槳距角初猜值，基于對轉(zhuǎn)槳扇三維升力線模型計算對轉(zhuǎn)槳扇的總推力、前槳功率、后槳功率、前槳扭矩及后槳扭矩；

4、步驟s2、根據(jù)對轉(zhuǎn)槳扇的總推力確定對轉(zhuǎn)槳扇后方的進(jìn)氣道進(jìn)口氣流軸向平均速度；

5、步驟s3、根據(jù)進(jìn)氣道進(jìn)口氣流軸向平均速度確定進(jìn)氣道進(jìn)口處截面參數(shù)；

6、步驟s4、根據(jù)進(jìn)氣道零維模型，計算進(jìn)氣道出口處截面參數(shù)；

7、步驟s5、將進(jìn)氣道出口氣流分為兩股，一股氣流流向畸變低壓壓氣機(jī)，另一股氣流流向無畸變低壓壓氣機(jī)，根據(jù)給定的壓力畸變指數(shù)確定畸變低壓壓氣機(jī)的進(jìn)口處截面參數(shù)，進(jìn)而根據(jù)給定的畸變低壓壓氣機(jī)的壓比比初猜值與低壓壓氣機(jī)轉(zhuǎn)速初猜值確定畸變低壓壓氣機(jī)出口處的截面參數(shù)，同時，根據(jù)給定的無畸變低壓壓氣機(jī)的壓比比初猜值與所述低壓壓氣機(jī)轉(zhuǎn)速初猜值確定無畸變低壓壓氣機(jī)出口處的截面參數(shù)，將畸變低壓壓氣機(jī)出口處的氣流與無畸變低壓壓氣機(jī)出口處的氣流混合，通過摻混模型計算低壓壓氣機(jī)出口處的截面參數(shù)，根據(jù)畸變低壓壓氣機(jī)出口與無畸變低壓壓氣機(jī)出口的靜壓平衡條件構(gòu)建第一平衡方程；

8、步驟s6、給定高壓壓氣機(jī)壓比比初猜值、高壓壓氣機(jī)轉(zhuǎn)速初猜值、燃燒室供油量初猜值、高壓渦輪落壓比初猜值、低壓渦輪落壓比初猜值、自由渦輪落壓比初猜值及自由渦輪轉(zhuǎn)速初猜值，基于低壓壓氣機(jī)后方依次連接的高壓壓氣機(jī)、燃燒室、高壓渦輪、低壓渦輪、自由渦輪、尾噴管部件的零維模型計算各部件的進(jìn)出口截面參數(shù)；

9、步驟s7、根據(jù)高壓壓氣機(jī)與低壓壓氣機(jī)之間的流量連續(xù)，燃燒室與高壓渦輪之間的流量連續(xù)，高壓軸上的功率平衡，高壓渦輪與低壓渦輪之間的流量連續(xù)，低壓軸上的功率平衡，低壓渦輪與自由渦輪之間的流量連續(xù)，自由渦輪與尾噴管之間的流量連續(xù)這七個平衡條件構(gòu)建第二至第八平衡方程；

10、步驟s8、根據(jù)自由渦輪輸出的軸功率與基于對轉(zhuǎn)槳扇三維升力線模型計算的前槳功率與后槳功率之和需要滿足的功率平衡關(guān)系，構(gòu)建第九平衡方程；

11、步驟s9、根據(jù)自由渦輪輸出的軸功率與轉(zhuǎn)速計算與其連接的行星齒輪減速器的太陽軸扭矩，根據(jù)行星齒輪減速器與前排槳扇及后排槳扇的連接關(guān)系，將太陽軸扭矩分配給前排槳扇及后排槳扇，根據(jù)所分配的扭矩分別與基于對轉(zhuǎn)槳扇三維升力線模型計算的前槳扭矩與后槳扭矩相平衡的關(guān)系，構(gòu)建第十平衡方程與第十一平衡方程；

12、步驟s10、從上述需要給定初猜值的十四個獨(dú)立變量中選取三個作為控制參數(shù)，通過迭代剩余的十一個獨(dú)立變量的初猜值，求解上述構(gòu)建的十一個平衡方程所組成的共同工作方程組，當(dāng)?shù)諗繒r，計算發(fā)動機(jī)性能；

13、其中，所述截面參數(shù)包括流量、面積、總溫、總壓與總焓中的一個或多個。

14、優(yōu)選的是，步驟s2進(jìn)一步包括：

15、步驟s21、根據(jù)對轉(zhuǎn)槳扇的總推力確定對轉(zhuǎn)槳扇處的軸向平均誘導(dǎo)速度；

16、步驟s22、根據(jù)對轉(zhuǎn)槳扇與進(jìn)氣道進(jìn)口之間的距離，以及所述軸向平均誘導(dǎo)速度計算的進(jìn)氣道進(jìn)口氣流軸向平均速度。

17、優(yōu)選的是，步驟s5中，畸變低壓壓氣機(jī)和無畸變低壓壓氣機(jī)各自的出口靜壓是根據(jù)各自的進(jìn)口截面參數(shù)，基于低壓壓氣機(jī)進(jìn)出口面積不變的假設(shè)，由各自的進(jìn)口截面參數(shù)中的進(jìn)口面積來計算各自的出口靜壓。

18、優(yōu)選的是，步驟s10中，選取的三個控制參數(shù)包括前槳槳距角、后槳槳距角及燃燒室供油量。

19、優(yōu)選的是，步驟s10中，通過牛頓迭代法求解上述構(gòu)建的十一個平衡方程所組成的共同工作方程組，對牛頓迭代法構(gòu)建的雅可比矩陣通過多線程進(jìn)行并行計算。

20、本技術(shù)第二方面提供了一種發(fā)動機(jī)變維度數(shù)值仿真裝置，主要包括：

21、對轉(zhuǎn)槳扇參數(shù)計算模塊，用于給定對轉(zhuǎn)槳扇的前槳轉(zhuǎn)速的初猜值、前槳槳距角初猜值、后槳轉(zhuǎn)速初猜值及后槳槳距角初猜值，基于對轉(zhuǎn)槳扇三維升力線模型計算對轉(zhuǎn)槳扇的總推力、前槳功率、后槳功率、前槳扭矩及后槳扭矩；

22、對轉(zhuǎn)槳扇與進(jìn)氣道氣動耦合模塊，用于根據(jù)對轉(zhuǎn)槳扇的總推力確定對轉(zhuǎn)槳扇后方的進(jìn)氣道進(jìn)口氣流軸向平均速度，進(jìn)而根據(jù)進(jìn)氣道進(jìn)口氣流軸向平均速度確定進(jìn)氣道進(jìn)口處截面參數(shù)；

23、進(jìn)氣道參數(shù)計算模塊，用于根據(jù)進(jìn)氣道零維模型，計算進(jìn)氣道出口處截面參數(shù)；

24、低壓壓氣機(jī)參數(shù)計算模塊，用于將進(jìn)氣道出口氣流分為兩股，一股氣流流向畸變低壓壓氣機(jī)，另一股氣流流向無畸變低壓壓氣機(jī)，根據(jù)給定的壓力畸變指數(shù)確定畸變低壓壓氣機(jī)的進(jìn)口處截面參數(shù)，進(jìn)而根據(jù)給定的畸變低壓壓氣機(jī)的壓比比初猜值與低壓壓氣機(jī)轉(zhuǎn)速初猜值確定畸變低壓壓氣機(jī)出口處的截面參數(shù)，同時，根據(jù)給定的無畸變低壓壓氣機(jī)的壓比比初猜值與所述低壓壓氣機(jī)轉(zhuǎn)速初猜值確定無畸變低壓壓氣機(jī)出口處的截面參數(shù)，將畸變低壓壓氣機(jī)出口處的氣流與無畸變低壓壓氣機(jī)出口處的氣流混合，通過摻混模型計算低壓壓氣機(jī)出口處的截面參數(shù)，根據(jù)畸變低壓壓氣機(jī)出口與無畸變低壓壓氣機(jī)出口的靜壓平衡條件構(gòu)建第一平衡方程；

25、其他部件參數(shù)計算模塊，用于給定高壓壓氣機(jī)壓比比初猜值、高壓壓氣機(jī)轉(zhuǎn)速初猜值、燃燒室供油量初猜值、高壓渦輪落壓比初猜值、低壓渦輪落壓比初猜值、自由渦輪落壓比初猜值及自由渦輪轉(zhuǎn)速初猜值，基于低壓壓氣機(jī)后方依次連接的高壓壓氣機(jī)、燃燒室、高壓渦輪、低壓渦輪、自由渦輪、尾噴管部件的零維模型計算各部件的進(jìn)出口截面參數(shù)；

26、發(fā)動機(jī)共同工作的平衡方程構(gòu)建模塊，用于根據(jù)高壓壓氣機(jī)與低壓壓氣機(jī)之間的流量連續(xù)，燃燒室與高壓渦輪之間的流量連續(xù)，高壓軸上的功率平衡，高壓渦輪與低壓渦輪之間的流量連續(xù)，低壓軸上的功率平衡，低壓渦輪與自由渦輪之間的流量連續(xù)，自由渦輪與尾噴管之間的流量連續(xù)這七個平衡條件構(gòu)建第二至第八平衡方程；

27、齒輪減速器功率傳遞計算模塊，用于根據(jù)自由渦輪輸出的軸功率與基于對轉(zhuǎn)槳扇三維升力線模型計算的前槳功率與后槳功率之和需要滿足的功率平衡關(guān)系，構(gòu)建第九平衡方程；

28、齒輪減速器扭矩傳遞計算模塊，用于根據(jù)自由渦輪輸出的軸功率與轉(zhuǎn)速計算與其連接的行星齒輪減速器的太陽軸扭矩，根據(jù)行星齒輪減速器與前排槳扇及后排槳扇的連接關(guān)系，將太陽軸扭矩分配給前排槳扇及后排槳扇，根據(jù)所分配的扭矩分別與基于對轉(zhuǎn)槳扇三維升力線模型計算的前槳扭矩與后槳扭矩相平衡的關(guān)系，構(gòu)建第十平衡方程與第十一平衡方程；

29、共同工作方程組求解模塊，用于從上述需要給定初猜值的十四個獨(dú)立變量中選取三個作為控制參數(shù)，通過迭代剩余的十一個獨(dú)立變量的初猜值，求解上述構(gòu)建的十一個平衡方程所組成的共同工作方程組，當(dāng)?shù)諗繒r，計算發(fā)動機(jī)性能；

30、其中，所述截面參數(shù)包括流量、面積、總溫、總壓與總焓中的一個或多個。

31、優(yōu)選的是，所述對轉(zhuǎn)槳扇與進(jìn)氣道氣動耦合模塊包括：

32、對轉(zhuǎn)槳扇軸向平均誘導(dǎo)速度計算單元，用于根據(jù)對轉(zhuǎn)槳扇的總推力確定對轉(zhuǎn)槳扇處的軸向平均誘導(dǎo)速度；

33、氣流軸向平均速度計算單元，用于根據(jù)對轉(zhuǎn)槳扇與進(jìn)氣道進(jìn)口之間的距離，以及所述軸向平均誘導(dǎo)速度計算的進(jìn)氣道進(jìn)口氣流軸向平均速度。

34、優(yōu)選的是，在所述低壓壓氣機(jī)參數(shù)計算模塊中，畸變低壓壓氣機(jī)和無畸變低壓壓氣機(jī)各自的出口靜壓是根據(jù)各自的進(jìn)口截面參數(shù)，基于低壓壓氣機(jī)進(jìn)出口面積不變的假設(shè)，由各自的進(jìn)口截面參數(shù)中的進(jìn)口面積來計算各自的出口靜壓。

35、優(yōu)選的是，在所述共同工作方程組求解模塊中，選取的三個控制參數(shù)包括前槳槳距角、后槳槳距角及燃燒室供油量。

36、優(yōu)選的是，在所述共同工作方程組求解模塊中，通過牛頓迭代法求解上述構(gòu)建的十一個平衡方程所組成的共同工作方程組，對牛頓迭代法構(gòu)建的雅可比矩陣通過多線程進(jìn)行并行計算。

37、本技術(shù)實現(xiàn)了開式轉(zhuǎn)子發(fā)動機(jī)總體性能的高保真計算，計算精度高，速度快。