(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210757881.6 (22)申请日 2022.06.29 (71)申请人 中国航发湖南动力机 械研究所 地址 412002 湖南省株洲市芦淞区董家塅 高科园中国航发动研所 (72)发明人 黄兴　高洁　曹俊　王旭　郑华雷　 向有志　钱磊　李伟　 (74)专利代理 机构 长沙智嵘专利代理事务所 (普通合伙) 4321 1 专利代理师 刘宏 (51)Int.Cl. G06F 30/17(2020.01) G06F 30/20(2020.01) G06F 119/08(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 涡轴发动机总体性能的循环分析方法 (57)摘要 本发明公开了一种涡轴发动机总体性能的 循环分析方法， 首先循环分析出一组涡轴发动机 设计参数； 再采用相同的步骤循环分析出获得多 组涡轴发动机设计参数， 然后根据设计需求， 在 多组涡轴发动机设计参数中选取出涡轴发动机 设计参数可选择域； 本方案在循环分析过程中， 不再固定 具有强相关性的参数， 部件设计参数相 互关联， 空气系统设计参数与部件设计参数和涡 轴发动机固定参数相互关联， 参数的选取合理且 便于开展程序计算， 避免了参数选取反复迭代， 循环参数选取效率高， 同时将 压气机出口尺寸与 燃气涡轮进口尺寸保持不变的设计要求融合在 循环参数选取中， 使 得改进后的涡轴发动机与原 发动机具有一定的互换性， 便于涡轴发动机的升 级迭代。 权利要求书3页 说明书7页 附图1页 CN 115186405 A 2022.10.14 CN 115186405 A 1.一种涡轴发动机总体性 能的循环分析方法， 用于对涡轴发动机的总体性 能进行循环 分析， 以获得相应的设计参数， 涡轴发动机包括进气装置、 压气机、 燃烧室、 燃气涡轮、 动力 涡轮、 尾喷管和空气系统， 其特 征在于， 包括以下步骤： S1， 根据涡轴发动机固定参数， 获得进气装置设计参数； S2， 通过保持压气机出口尺寸不变， 预设空气系统设计参数， 并选取压气机出口换算流 量偏差量、 压气机压比和燃烧室出 口总温， 然后根据涡轴发动机固定参数和进气装置设计 参数， 以依次获得压气机设计参数、 燃烧室设计参数、 燃气涡轮设计参数、 动力涡轮设计参 数、 尾喷管设计参数、 涡轴发动机单位功 率、 涡轴发动机耗油率和更新后的空气系统设计参 数； S3， 选定一组压气机出口换算流量偏差量、 压气机压比和燃烧室出口总温， 代入步骤S2 中， 直至更新后的空气系统参数与预设空气系统参数一致时， 即获得一组涡轴发动机设计 参数； S4， 选定多组压气机出口换算流量偏差量、 压气机压比和燃烧室出口总温， 代入步骤S3 中， 以获得多组涡轴发动机设计参数； S5， 通过保持燃气涡轮进口尺寸不变， 以在燃气涡轮进口换算流量偏差量、 涡轴发动机 最小单位功率和涡轴发动机最大耗油率满足设计需求情况下， 在多组涡轴发动机设计参数 中选取出涡轴发动机设计参数 可选择域。 2.根据权利要求1所述的涡轴发动机总体性 能的循环分析方法， 其特征在于， 涡轴发动 机固定参数包括涡轴发动机总温、 涡轴发动机总压、 进气装置总压损失系数、 燃烧室总压损 失、 燃气涡轮/动力涡轮过渡段损失、 动力涡轮/尾喷管过渡段损失、 尾喷管出口总静压比、 尾喷管出口静压、 动力涡轮的材料选择、 燃气涡轮的材料选择、 动力涡轮上涡轮叶片的常用 冷效系数以及燃气涡轮上涡轮叶片的常用冷效系数。 3.根据权利要求2所述的涡轴发动机总体性 能的循环分析方法， 其特征在于， 步骤S1具 体包括以下步骤； 根据涡轴发动机总温、 涡轴发动机总压和进气装置总压损 失系数， 获得进气装置出口 截面参数， 其中， 进气装置出口截面参数包括进气装置出口截面总温、 进气装置出口截面总 压以及进气装置出口截面比热比。 4.根据权利要求3所述的涡轴发动机总体性 能的循环分析方法， 其特征在于， 在步骤S2 中， 获得压气机设计参数， 具体包括以下步骤： S211， 通过数据统计和回归分析， 获得压气机设计参数之间的函数关系： 1)ηc,p＝f1 (Wac,o)， 其中， f1为通过数据统计的函数关系式， Wac,o为压气机出口换算流量， ηc,p为压气机 多变效率， 具体的函数表达式为： 2) 3) 其中， k为进气装置出口截面比热比， Wacor为进口换算流量， ηc为压气机压缩效率， πc为压气 机压比； S212， 通过保持压气机出口尺寸不变， 获得函数关系表达式： 4)Wac,o＝(1.0+δ ′) Wac,o,opj， 其中， Wac,o,opj为参考压气机出口换算流量， δ ′为压气机出口换算流量偏差 量， δ′的 取值范围为 ±5％；权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 115186405 A 2S213， 选取参考压气机出口换算流量、 压气机出口换算流量偏差量和压气机压比， 以根 据表达式1)、 2)、 3)和4)， 确 定压气机进口换算流量和压气机压缩效率， 再采用压气机设计 参数计算方法获得压气机消耗功率和压气机出口截面 参数。 5.根据权利要求4所述的涡轴发动机总体性 能的循环分析方法， 其特征在于， 在步骤S2 中， 获得燃烧室 设计参数， 具体包括以下步骤： 预设空气系统设计参数， 并选定燃烧室出口总温， 再根据燃烧室总压损失、 燃烧室出口 总温、 压气机出 口截面参数以及预设空气系统设计参数， 采用燃烧室设计参数计算方法获 得燃烧室燃油流 量和燃烧室出口截面 参数。 6.根据权利要求5所述的涡轴发动机总体性 能的循环分析方法， 其特征在于， 在步骤S2 中， 获得燃气涡轮设计参数， 具体包括以下步骤： S221， 通过数据统计和回归分析， 获得燃气涡轮设计参数之间的函数关系： 5 )ηt＝f2 (Wacor,th, πt)， 其中， f2为通过数据统计的函数关系式， Wacor,th为燃气涡轮进口换算流量， πt 为燃气涡轮膨胀比； S222， 根据燃烧室出口截面参数和预设空气系统设计参数， 采用燃气涡轮设计参数计 算方法获得燃气涡轮进口截面参数， 燃气涡轮进口截面参数包括燃气涡轮进口换算流量、 燃气涡轮进口流 量、 燃气涡轮进口截面总温、 燃气涡轮进口比热比和燃气涡轮进口比热容； S223， 通过保持压气机消耗功率和燃气涡轮功率平衡， 获得函数关系式： 6) 其中， Lc为压气机消耗功率， Wath为燃气涡轮进口流 量， Cpt为燃 气涡轮进口比热容， Tt4a为燃气涡轮进口截面总温， ηt为燃气涡轮膨胀效率， kt为燃气涡轮进 口比热比； S224， 根据表达式5)和6)， 获得燃气涡轮膨胀效率和燃气涡轮膨胀比， 再采用燃气涡轮 设计参数计算方法获得燃气涡轮出口截面 参数。 7.根据权利要求6所述的涡轴发动机总体性 能的循环分析方法， 其特征在于， 在步骤S2 中， 获得动力涡轮设计参数， 具体包括以下步骤： S231， 通过数据统计和回归分析， 获得动力涡轮设计参数之间的函数关系： 7)ηp＝f3 (Wacor,p, πp)， 其中， f3为数据统计的函数关系式， Wacor,p为动力涡轮进口换算流量， πp为动力 涡轮膨胀比； S232， 根据燃气涡轮出口截面参数、 预设的空气系统设计参数和燃气涡轮/动力涡轮过 渡段损失， 采用动力涡轮设计参数计算方法获得动力涡轮进口截面参数， 动力涡轮进口截 面参数包括动力涡轮进口换算 流量以及动力涡轮进口截面总压； S233， 通过保持压气机消耗功率和动力涡轮功率平衡， 获得函数关系式： 8)πp＝Pt45/P0/ πNozz/(1‑σp)， 其中， Pt45为动力涡轮进口截面总压， σp为动力涡轮/尾喷管过渡段损失， P0为 尾喷管出口静压， πNozz为尾喷管 出口总静压比； S234， 根据表达式7)和 8)， 获得动力涡轮膨胀效率和动力涡轮膨胀比， 再采用动力涡轮 设计参数计算方法获得动力涡轮输出功率和动力涡轮出口截面 参数。 8.根据权利要求7所述的涡轴发动机总体性 能的循环分析方法， 其特征在于， 在步骤S2 中， 获得尾喷管设计参数， 具体包括以下步骤： 根据动力涡轮出口截面参数和动力涡轮/尾喷管过渡段损 失， 获得尾喷管进口截面参权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 115186405 A 3