[发明专利]变循环发动机建模方法及变循环发动机部件级模型

说明书

本发明公开了一种变循环发动机建模方法，其中副外涵道气流计算模型的建立步骤具体如下：计算变循环发动机在不同模式选择活门开度下的流场，并进而获得风扇涵道比、副外涵总压恢复系数与不同模式选择活门开度之间的对应数据；根据所述对应数据，利用二维插值方法将风扇涵道比、副外涵总压恢复系数与模式选择活门开度进行关联；根据风扇涵道比、副外涵总压恢复系数与模式选择活门开度之间的关联关系，建立风扇涵道比及副外涵总压恢复系数与高度、马赫数、模式选择活门开度之间的关系函数，并分别代入核心驱动风扇级流量平衡方程、副外涵出口总压计算公式。本发明还公开了一种变循环发动机部件级模型。相比现有技术，本发明具有更高精度和实时性。

技术领域

本发明属于航空宇航推进理论与工程中的系统建模与仿真领域，具体涉及一种变循环发动机建模方法。

背景技术

下一代多用途军用飞机的性能特点，对新一代发动机设计提出了更高要求，不但要求发动机具有更高的推重比，还要求具有涡喷发动机高单位推力的特征，满足超声速巡航、格斗机动飞行和跨声速的要求，同时具有涡扇发动机低油耗率的特征，以满足亚声速巡航、待机和空中巡逻的要求。变循环发动机(VCE)的优点在于能在同一台发动机上实现涡喷和涡扇两种气动热力循环模式，使飞机及发动机在超声速和亚声速飞行时都具有优良特性。关于涡扇及涡喷两种模式的切换是通过模态转换来完成的，模态转换可使得VCE在大涵道比和小涵道比之间进行切换。

目前，国内外关于VCE模式转换进行了大量的研究，分析在不同的模式选择阀门开度下发动机性能。国内周红等人针对双外涵变循环发动机可变几何特性进行研究，分析了变循环发动机在不同工作状态下几何调节变量的控制规律，并给出了能够确保发动发动机平稳工作的调节方案。刘增文等人数值模拟了变循环发动机模态转换过程，设计了变循环发动机模态转换方案，确立了模态转换时的多部件调节规律。王元等人也曾研究过变循环发动机动稳态特性及模态转换过程发动机性能变化情况。然而VCE的模式转换是动态过程，在这一过程中，由于存在着气动参数响应的滞后，内、外涵流量、涵道比及总压恢复系数等气动性能随时间的变化规律是不同的，若仅是从准一维的部件级模型中去研究模态转换过程，会导致模型准确性下降，更会影响对变循环模态转换调节方案的研究。因此，研究变循环发动机模态转换过程中的动态模型具有重要意义。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术不足，提供一种变循环发动机建模方法，其具有更高精度和实时性的动态模态转换模型，可分析模态转换过程中发动机性能变化情况，进一步提高部件级模型的置信度。

本发明具体采用以下技术方案解决上述技术问题：

一种变循环发动机建模方法，所述变循环发动机的部件级模型建立过程包括副外涵道气流计算模型的建立步骤；所述副外涵道气流计算模型的建立步骤具体如下：计算所述变循环发动机在不同模式选择活门开度下的流场，并进而获得风扇涵道比、副外涵总压恢复系数与不同模式选择活门开度之间的对应数据；根据所述对应数据，利用二维插值方法将风扇涵道比、副外涵总压恢复系数与模式选择活门开度进行关联；根据风扇涵道比、副外涵总压恢复系数与模式选择活门开度之间的关联关系，建立风扇涵道比及副外涵总压恢复系数与高度、马赫数、模式选择活门开度之间的关系函数f₁()、f₂()，并将f₁()、f₂()分别代入核心驱动风扇级流量平衡方程、副外涵出口总压计算公式。

优选地，在进行所述流场计算时，使用SST k-ω湍流模型。

优选地，使用软件Fluent进行所述流场的计算。

优选地，所述流场为定常工况流场。

根据相同的发明构思还可以得到以下技术方案：

一种变循环发动机部件级模型，使用如上任一技术方案所述变循环发动机建模方法建立。

相比现有技术，本发明技术方案具有以下有益效果：