一种采用SPS机匣处理的稳定裕度定制方法及相关设备

本发明涉及叶轮机，具体涉及一种采用sps机匣处理的稳定裕度定制方法及相关设备。

背景技术：

1、对风扇/压气机而言，更高的压比、效率、稳定裕度是设计人员及研究人员努力追求的目标，人们希望风扇/压气机能够在更宽的流量范围里稳定工作，并且保持较高的效率和压比，以此来适应飞机在运行过程中易遭遇到的如进气畸变和其他不稳定来流等恶劣条件。流动失稳则表现为旋转失速、喘振等不稳定现象，针对这一稳定性问题，国内外研究人员的研究方向主要分为两种：以机匣处理为代表的被动控制和以叶尖喷流、可调叶片为代表的主动控制。

2、传统的观点认为，机匣处理的扩稳机理被认为在于控制流动分离，在叶尖和叶根处最容易发生失稳，所以改善的措施也是趋于改善尖部或根部的流动，减小流动损失和叶尖负荷，从而达到扩大稳定裕度的目的。

3、sps机匣处理，即基于失速先兆抑制(stall precursor suppressed)机理的机匣处理，这种机匣处理的目的是影响失速先兆，通过改变动力系统的边界条件来影响系统的演化过程，从而达到扩大稳定裕度的目的，不同于传统机匣处理通过改变叶尖流动结构进行扩稳。

4、现有技术是对sps机匣处理扩稳效果的定量评估工作，针对近失速工况点下的风扇/压气机，考虑了不同机匣参数的变化对系统扰动频率的影响，研究了边界条件的控制参数对系统稳定性影响的变化规律。方法首先基于风扇/压气机工作特性外推假设，发展一种适用于不同边界条件的失速裕度定量评估方法。首先采用最小二乘拟合法获得压气机稳定工作情况下的气动参数曲线，然后通过外推插值的方式，得到原本非稳定工作状态下的气动参数，再以此计算稳定裕度。

5、现有技术的不足在于：1.前提是基于外推假设，即带有sps机匣处理的压气机特性并不会影响压气机本身的特性，于是假设特性线可以直接外推，由于穿孔率较小，所以误差并不大，但是当穿孔率，背腔等参数变化幅度较大时，由于气流进出机匣处理背腔，这种循环流动将不可避免的改变压气机原有的工作特性，因此在这种情况下误差较大。2.计算流程复杂，不能快速给出需要的机匣结构参数。

技术实现思路

1、为了解决现有技术中的至少一个技术问题，本公开提供了一种采用sps机匣处理的稳定裕度定制方法及相关设备，以快速得到需要的机匣结构参数。

2、本发明提供了一种采用sps机匣处理的稳定裕度定制方法，包括：

3、s101，绘制包含sps机匣处理的压气机几何模型；

4、s102，基于所述压气机几何模型，利用网格划分工具构建相应的网格文件；

5、s103，基于所述网格文件进行参数计算，得到定常计算结果；

6、s104，将所述sps机匣处理的结构参数纳入稳定性模型；

7、s105，将各个流量点下的定常计算结果得到的流场数据代入稳定性模型中进行计算，得到各个流量点的衰减因子；

8、s106，根据各个流量点下的衰减因子拟合成的曲线，得出失稳点，计算这种机匣结构参数下的稳定裕度；

9、调节sps机匣处理的压气机几何模型，重复步骤s102～s106，得到不同机匣结构参数下的稳定裕度，确定定制稳定裕度的机匣结构参数。

10、可选的，所述绘制包含sps机匣处理的压气机几何模型，包括：

11、利用ug绘制包含所述sps机匣处理的压气机几何模型。

12、可选的，所述基于所述压气机几何模型，利用网格划分工具构建相应的网格文件，包括：

13、利用网格划分工具icem，基于所述压气机几何模型构建相应的网格文件。

14、可选的，所述基于所述压气机几何模型构建相应的网格文件包括：

15、将所述压气机几何模型导入网格划分工具icem，生成结构化网格，并结合物理理解加密部分边界的网格，生成非结构化网格，以构建所述网格文件。

16、可选的，所述基于所述网格文件进行参数计算，得到定常计算结果，包括：

17、将所述网格文件导入cfx进行参数计算，常规参数设定后进行迭代计算，以得到定常计算结果。

18、可选的，所述将所述sps机匣处理的结构参数纳入稳定性模型，包括：

19、通过调节壁面阻抗值的方式将机匣处理不同结构参数纳入稳定性模型。

20、可选的，所述根据各个流量点下的衰减因子拟合成的曲线，得出失稳点，计算这种机匣结构参数下的稳定裕度，包括：

21、拟合衰减因子与流量的二维曲线图，当衰减因子小于零时认为压气机失稳，取曲线与衰减因子为零时的交点，并把交点作为失稳点，计算相应的稳定裕度。

22、本申请实施例中提供的一个或多个技术方案，可以快速得到稳定裕度定制所需的机匣结构参数。

技术特征：

1.一种采用sps机匣处理的稳定裕度定制方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述绘制包含sps机匣处理的压气机几何模型，包括：

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于所述压气机几何模型，利用网格划分工具构建相应的网格文件，包括：

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述基于所述压气机几何模型构建相应的网格文件包括：

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于所述网格文件进行参数计算，得到定常计算结果，包括：

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将所述sps机匣处理的结构参数纳入稳定性模型，包括：

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据各个流量点下的衰减因子拟合成的曲线，得出失稳点，计算这种机匣结构参数下的稳定裕度，包括：

技术总结
本发明提供了一种采用SPS机匣处理的稳定裕度定制方法及相关设备，方法包括：S101，绘制包含SPS机匣处理的压气机几何模型；S102，基于压气机几何模型，利用网格划分工具构建相应的网格文件；S103，基于网格文件进行参数计算，得到定常计算结果；S104，将SPS机匣处理的结构参数纳入稳定性模型；S105，将各个流量点下的定常计算结果得到的流场数据代入稳定性模型中进行计算，得到各个流量点的衰减因子；S106，根据各个流量点下的衰减因子拟合成的曲线，得出失稳点，计算稳定裕度；调节SPS机匣处理的压气机几何模型，重复步骤S102～S106，得到不同机匣结构参数下的稳定裕度，确定定制稳定裕度的机匣结构参数。实施本发明的技术方案可快速得到稳定裕度定制所需的机匣结构参数。

技术研发人员：孙大坤,耿春旺,李佳,王宇晴
受保护的技术使用者：北京航空航天大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12