本發(fā)明涉及航空發(fā)動機(jī)加力燃燒室性能設(shè)計(jì)領(lǐng)域,具體而言,涉及一種中小涵道比加力燃燒室供油的設(shè)計(jì)方法。
背景技術(shù):
1、傳統(tǒng)的加力燃燒室供油設(shè)計(jì)采用等余氣系數(shù)方法,即基于燃燒室各截面各處的余氣系數(shù)均相等,來組織供油和燃燒。該方法針對渦噴發(fā)動機(jī)或小涵道比(b<0.2)加力燃燒室來說是可行的,因?yàn)槿紵抑醒鯕夂蜏囟确植蓟究梢哉J(rèn)為是均勻的。而針對中小涵道比加力燃燒室來說,由于加力燃燒室整體長度有限,混合器出口內(nèi)外涵氣流在組織燃燒前不能完全混合,因此加力燃燒室中的溫度、氧氣分布存在較大差異,特別是中等涵道比(b>1)加力燃燒室和變循環(huán)發(fā)動機(jī)中加力燃燒室尤為明顯。對于中小涵道比加力燃燒室的此特征,目前并沒有針對性的供油規(guī)律設(shè)計(jì)方法。
2、另外,目前大部分供油規(guī)律設(shè)計(jì)方法以氧氣分布為準(zhǔn)則,具體如圖2所示,其中并未充分考慮氣流溫度的影響,而在不同溫度區(qū)域內(nèi),燃油蒸發(fā)速率差別較大,也會影響油氣在加力燃燒室中的分布,進(jìn)而影響燃燒效率。
3、同時(shí),發(fā)動機(jī)在飛行包線內(nèi)工作時(shí),涵道比存在較大的變化。而常規(guī)的供油分配函數(shù)普遍采用與pt3(高壓壓氣機(jī)后總壓)和進(jìn)口溫度作為相關(guān)變量,不能直接反饋外涵流量變化情況,因此存在各區(qū)供油量無法根據(jù)涵道比變化自適應(yīng)調(diào)節(jié)的問題。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、為解決上述目的,本申請?zhí)峁┝艘环N中小涵道比加力燃燒室供油的設(shè)計(jì)方法,其特征在于,包括以下步驟:
2、獲取中小涵道比加力燃燒室混合器后流場的環(huán)境指標(biāo)分布,根據(jù)所述環(huán)境指標(biāo)分布,對流場區(qū)域進(jìn)行分割,形成n個(gè)區(qū)域;
3、獲取n個(gè)區(qū)域的最佳余氣系數(shù)αoptim和空氣流量;所述最佳余氣系數(shù)為在一定溫度、壓力、含氧量條件下,燃燒效率最高時(shí)對應(yīng)的余氣系數(shù);
4、根據(jù)n個(gè)區(qū)域的較優(yōu)余氣系數(shù)αi和n個(gè)區(qū)域的空氣流量分配加力供油量wfi;其中,較優(yōu)的余氣系數(shù)接近最佳余氣系數(shù)αoptim。
5、其中,環(huán)境指標(biāo)包括:速度、溫度、氧氣;
6、根據(jù)環(huán)境指標(biāo)分布,對流場區(qū)域進(jìn)行分割時(shí),支持按溫度的梯度最大位置分割。
7、對流場區(qū)域進(jìn)行分割還支持混合器下游內(nèi)、外涵氣流射流后的混合邊界分割。
8、分配加力供油量wfi,通過wfi=f(αi,ps2,pt3,t0,m)確定,其中,m為混合器后摻混系數(shù)、pt3為高壓壓氣機(jī)后總壓、ps2為風(fēng)扇出口靜壓、t0為進(jìn)口空氣溫度。
9、根據(jù)n個(gè)區(qū)域的最佳余氣系數(shù)αi和n個(gè)區(qū)域的空氣流量分配加力供油量wfi時(shí),滿足wf1=kwfαb,且:各區(qū)燃油流量之和等于加力總供油量,即:wf1+wf2+wf3+……=wfαb。
10、進(jìn)一步的,高壓壓氣機(jī)后總壓、風(fēng)扇出口靜壓通過整機(jī)壓力傳感器測得;
11、進(jìn)口空氣溫度通過溫度傳感器測得。
12、其中,n個(gè)區(qū)域的空氣流量的計(jì)算方法為:w=k×f×p*×q(λ)/(t*)0.5,其中w為質(zhì)量流量、k為常數(shù)、f為面積、p*為總壓、t*為總溫,
13、且:p*=f(ps2,pt3),t*=f(t0)。
14、最佳余氣系數(shù)αoptimi=f(o2%,t,p),其中,t為溫度、p為壓力。
15、根據(jù)本發(fā)明,可以解決中小涵道比加力燃燒室,由于混合器后流場不均勻度大,供油分配計(jì)劃無法充分考慮燃燒室各區(qū)域因?yàn)闇囟?、壓力、含氧量不同,燃燒對?yīng)最佳余氣系數(shù)不同的問題;同時(shí)在供油分配計(jì)劃的函數(shù)中引入ps2(風(fēng)扇出口靜壓)實(shí)測參數(shù),解決由于發(fā)動機(jī)在飛行包線內(nèi)工作時(shí),涵道比存在較大的變化,各區(qū)供油量無法根據(jù)涵道比變化自適應(yīng)調(diào)節(jié)的問題。
1.一種中小涵道比加力燃燒室供油的設(shè)計(jì)方法,其特征在于,包括以下步驟:
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)計(jì)方法,其特征在于,所述環(huán)境指標(biāo)包括:速度、溫度、氧氣;
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)計(jì)方法,其特征在于,所述對流場區(qū)域進(jìn)行分割還支持混合器下游內(nèi)、外涵氣流射流后的混合邊界分割。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)計(jì)方法,其特征在于,所述分配加力供油量wfi,通過wfi=f(αi,ps2,pt3,t0,m)確定,其中,m為混合器后摻混系數(shù)、pt3為高壓壓氣機(jī)后總壓、ps2為風(fēng)扇出口靜壓、t0為進(jìn)口空氣溫度。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的設(shè)計(jì)方法,其特征在于,所述高壓壓氣機(jī)后總壓、風(fēng)扇出口靜壓通過整機(jī)壓力傳感器測得;
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)計(jì)方法,其特征在于,所述n個(gè)區(qū)域的空氣流量的計(jì)算方法為:w=k×f×p*×q(λ)/(t*)0.5,其中w為質(zhì)量流量、k為常數(shù)、f為面積、p*為總壓、t*為總溫,且:p*=f(ps2,pt3),t*=f(t0)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)計(jì)方法,其特征在于,所述最佳余氣系數(shù)αoptimi=f(o2%,t,p),其中,t為溫度、p為壓力。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)計(jì)方法,其特征在于,根據(jù)所述n個(gè)區(qū)域的最佳余氣系數(shù)αi和所述n個(gè)區(qū)域的空氣流量分配加力供油量wfi時(shí),滿足wf1=kwfαb,且:各區(qū)燃油流量之和等于加力總供油量,即: