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大涵道比涡扇发动机整机空中辅助起动热力模型修正方法

俞松林 王玉东 李华雷 吴明峰

俞松林, 王玉东, 李华雷, 等. 大涵道比涡扇发动机整机空中辅助起动热力模型修正方法[J]. 航空动力学报, 2026, 41(1):20240177 doi: 10.13224/j.cnki.jasp.20240177
引用本文: 俞松林, 王玉东, 李华雷, 等. 大涵道比涡扇发动机整机空中辅助起动热力模型修正方法[J]. 航空动力学报, 2026, 41(1):20240177 doi: 10.13224/j.cnki.jasp.20240177
YU Songlin, WANG Yudong, LI Hualei, et al. Calibration method of high bypass turbofan engine starter assisted air start thermodynamic model[J]. Journal of Aerospace Power, 2026, 41(1):20240177 doi: 10.13224/j.cnki.jasp.20240177
Citation: YU Songlin, WANG Yudong, LI Hualei, et al. Calibration method of high bypass turbofan engine starter assisted air start thermodynamic model[J]. Journal of Aerospace Power, 2026, 41(1):20240177 doi: 10.13224/j.cnki.jasp.20240177

大涵道比涡扇发动机整机空中辅助起动热力模型修正方法

doi: 10.13224/j.cnki.jasp.20240177
详细信息
    作者简介:

    俞松林(1986-),男,工程师,硕士,研究方向为航空发动机总体性能方案设计。E-mail:ysl2006suda@163.com

  • 中图分类号: V231.3

Calibration method of high bypass turbofan engine starter assisted air start thermodynamic model

  • 摘要:

    基于部件特性匹配的涡扇发动机起动模型存在计算精度和收敛性两方面的问题。提出了一种基于骨架特性、转子机械损失和吸放热参数等修正的空中辅助起动(SAAS)模型的修正方法,包括修正目标、修正变量、求解器和修正流程等。给出了空中辅助起动修正的案例,修正结果表明:修正后起动时间的仿真结果误差在2 s以内,发动机排气温度最大值的误差为5 K;高压转子加速率、高压压气机出口静压、发动机排气温度等关键参数分布与试验结果吻合良好;风车状态下高压转子相对换算转速误差为1%,高压压气机出口总压误差约为3.5%。最后运用修正后的模型在起动包线内进行算例验证,结果显示修正后的空中辅助起动模型在全包线内的仿真精度显著改善。

     

  • 图 1  压气机骨架特性示意图

    Figure 1.  Schematic of compressor backbone map

    图 2  涡轮骨架特性示意图

    Figure 2.  Schematic of turbine backbone map

    图 3  ANSYN方法

    Figure 3.  ANSYN method

    图 4  空中辅助起动模型修正流程图

    Figure 4.  Flowchart of SAAS model calibration procedure

    图 5  骨架特性修正因子(风扇)

    Figure 5.  Backbone map calibration factors (fan)

    图 6  压气机和涡轮特性和工作线

    Figure 6.  Compressor and turbine maps and working lines

    图 7  修正前后对比(燃烧效率和内涵喷管推力系数)

    Figure 7.  Comparision of parameters before and aftercalibration (combustion efficiency and core nozzle thrust coefficient)

    图 8  修正前后对比(高低压转子机械损失)

    Figure 8.  Comparision of parameters before and after calibration (low speed and high speed spool mechanical losses)

    图 9  空中辅助起动模型修正结果

    Figure 9.  Calibration results of starter assisted air start model

    图 10  SAAS模型验证结果(H=3048 m, ΔT=2 K, Ma=0.54)

    Figure 10.  SAAS model validation results (H=3048 m, ΔT=2 K, Ma=0.54)

    图 11  SAAS模型验证结果(H=4572 m, ΔT=40 K, Ma=0.53)

    Figure 11.  SAAS model validation results (H=4572 m, ΔT=40 K, Ma=0.53)

    图 12  SAAS模型验证结果(H=6096 m, ΔT=0 K, Ma=0.65)

    Figure 12.  SAAS model validation results (H=6096 m, ΔT=0 K, Ma=0.65)

    图 13  SAAS模型验证结果(H=8382 m, ΔT=−15 K, Ma=0.85)

    Figure 13.  SAAS model validation results (H=8382 m, ΔT=−15 K, Ma=0.85)

    图 14  验证结果(发动机排气温度最大值误差)

    Figure 14.  Validation results (error of exhaust gas temperature max)

    图 15  验证结果(起动时间误差)

    Figure 15.  Validation results (error of start time)

    表  1  模型修正阶段与修正目标

    Table  1.   Model calibrationphases and objective

    修正内容 修正目标类型
    风车特性修正 稳态
    慢车特性修正 稳态
    风车至慢车特性修正 瞬态
    吸放热参数修正 瞬态
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    表  2  修正变量

    Table  2.   Calibration parameters

    修正变量 修正
    变量
    数量
    风车
    修正
    慢车
    修正
    风车至
    慢车
    修正
    吸放热
    修正
    风扇骨架特性 6 ×
    增压级骨架特性 6 ×
    压气机骨架特性 6 ×
    高压涡轮骨架特性 6 ×
    低压涡轮骨架特性 6 ×
    转子机械损失 2 ×
    内涵喷管推力系数 1 ×
    燃烧效率特性 1 × × ×
    吸放热参数 10 × × ×
    下载: 导出CSV

    表  3  风车和慢车稳态修正误差

    Table  3.   Steady state error after modelcalibration: windmill and idle condition

    参数 风车误差 慢车误差
    风扇进口总温 0 0
    风扇进口总压 0 −0.001
    风扇进口流量 0.010
    风扇出口总温 0.005
    风扇出口总压 0.003
    低压转子相对
    换算转速
    −0.004 0
    安装推力 0.008
    高压压气机进口总温 0.01 −0.004
    高压压气机进口总压 0.018 0.009
    高压压气机进口流量 −0.005
    高压压气机出口总温 0.008 0.010
    高压压气机出口总压 0.035 −0.010
    高压转子相对
    换算转速
    0.01 0.001
    物理燃油量 0.001
    高压涡轮出口总温 −0.005
    高压涡轮出口总压 0.002
    低压涡轮出口总压 −0.008
    低压涡轮出口总温 −0.017
    内涵喷管进口总压 −0.005
    环境压力 0 0
    下载: 导出CSV

    表  4  模型验证工况

    Table  4.   Working conditions for model validation

    工况编号 高度/m 进口温差/K 马赫数
    2 3048 2 0.54
    3 4572 40 0.53
    4 6096 0 0.65
    5 8382 −15 0.87
    下载: 导出CSV
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出版历程
  • 收稿日期:  2024-03-26
  • 网络出版日期:  2025-10-22

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