[发明专利]轴流压气机喘振频率预测方法

说明书

本发明公开了一种轴流压气机喘振频率预测方法，用于解决现有轴流压气机喘振频率测量方法实用性差的技术问题。技术方案是首先对轴流压气机实验台进行物理、几何建模，获得相应模型的守恒控制方程，利用数值方法进行求解后，采用傅里叶分析过失速工况下的数值结果，从而得到轴流压气机的喘振频率。由于建立了轴流压气机系统的仿真模型，避免了实验平台以及数据采集系统的搭建，将实验数据测量过程转变成了通过数值解法获得参数值，然后直接使用数值结果进行数据分析和处理，使用傅里叶变换分析压气机的喘振频率，节省了大量人力、物力成本，实用性好。

技术领域

本发明属于燃气涡轮发动机领域，具体涉及一种轴流压气机喘振频率预测方法。

背景技术

文献“压气机喘振声音信号的快速傅里叶变换和小波变换分析，能源技术，2010，Vol31，No.3，p125-128”公开了一种利用快速傅里叶变换和小波变换对实验获得的喘 振信号数据进行分析与处理的方法。该方法是在实验获得压气机喘振数据的基础上， 利用快速傅里叶变换对试验数据进行频谱分析后证明了压气机喘振的频率在50hz以 下。然后又利用小波变换进一步处理数据，得到了表征压气机进入喘振的声音特征信 号。该方法获得的喘振频率较为准确可靠，为实际生产中使用声音信号监测压气机状 态以及故障诊断提供了良好的理论基础和依据。但是，该文献中获得喘振频率的方法 都需要预先设计实验，以及大量的传感器和采集信号的设备，并且还依赖实验环境， 更重要的是人力和物力成本较高，实用性差。

发明内容

为了克服现有轴流压气机喘振频率测量方法实用性差的不足，本发明提供一种轴流压气机喘振频率预测方法。该方法首先对轴流压气机实验台进行物理、几何建模， 获得相应模型的守恒控制方程，利用数值方法进行求解后，采用傅里叶分析过失速工 况下的数值结果，从而得到轴流压气机的喘振频率。由于建立了轴流压气机系统的仿 真模型，避免了实验平台以及数据采集系统的搭建，将实验数据测量过程转变成了通 过数值解法获得参数值，然后直接使用数值结果进行数据分析和处理，使用傅里叶变 换分析压气机的喘振频率，节省了大量人力、物力成本，实用性好。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案：一种轴流压气机喘振频率预测方法，其特点是包括以下步骤：

步骤一、建立轴流压气机物理、几何模型；

测量实际轴流压气机的几何尺寸，使用激盘代替压气机产生压升、等截面管道代替压气机进出口管道、集气容腔模拟背压环境、节流阀门控制流量并设定进口马赫数， 得到轴流压气仿真模型。

步骤二、根据建立的轴流压气仿真模型列写控制方程：

a.压气机中的流动扰动；

由非定常流动下单个叶片排的压升：得到N级压气机的压升为： 然后定义φ的周向平均值：此 时，周向流量系数φ和切向速度系数h表示为：φ＝Φ(ξ)+g(ξ,θ)；h＝h(ξ,θ)。其中θ 表示周向角度，ξ表示转子转过弧度，φ表示轴向流量系数，Φ表示轴向流量系数的周 向平均值，F(φ)表示叶片排的轴对称稳态性能，τ表示迟滞常数，a≡R/(NτU)表示叶 片通道时间迟滞参数的倒数，U表示平均半径处转速，ΔP表示出口压力减去进口压力， h表示周向速度系数，t表示时间。

b.进口管道与导叶内的流动扰动；

引入速度势和扰动速度势则速度势表示为：此时远上游至导叶进口的压升表示为：其中P_T表示进口总压，表示速度势，表示扰动速度势，η表示轴向位置坐标，ξ表示转子转过弧度， φ表示轴向流量系数，Φ表示轴向流量系数的周向平均值，l₁表示进口管道长度。

c.出口管道与出口导叶内的流动扰动；