一种压气机的气动性能分析方法及应用

本发明公开一种压气机的气动性能分析方法及应用，涉及压气机的气动性能分析。

背景技术：

1、在现代工程和科学领域中，针对压气机的气动性能进行定量分析，通常采用损失分类方式，而一般而言，这种分析方式采用整体分析方法。现有技术中，常将不同类型的损失(如摩擦损失、湍流损失、振动损失等)细分为各自的组成部分。这些损失分类通常源于气流内的不同产生因素。

2、整体分析方式强调将整个压气机系统作为一个整体来研究，考虑各个部件之间的相互作用和影响。这包括进气口、叶片、转子、静子、出口等各个组成部分。通过整体分析，工程师可以综合考虑各个方面的性能参数，如气体流量、压力比、效率等，以全面评估压气机的性能。如何对叶片通道的划分方式以优化损失分类方式，进而使得获取结果更具有参考价值，并降低计算复杂度是亟须解决的问题。

技术实现思路

1、本发明目的在于，提供一种压气机的气动性能分析方法及应用。

2、为实现上述技术目的，达到上述技术效果，发明是通过以下技术方案实现：

3、一种压气机的气动性能分析方法，将压气机叶片通道划分为不同区域，对不同划分区域进行独立的流动损失的定量分析；

4、所述流动损失流场划分为七部分区域，包括：近叶片区(blade)、主流通道(mainflowpath)、近轮毂角区(near-hub corner)、近机匣角区(near-shroud corner)、近轮毂端壁(near-hub endwall)、近机匣端壁(near-shroud endwall)以及尾流区(wake)。

5、进一步的，根据不同区域划分获取损失源，所述损失源包括：

6、γpro：叶型损失源，主要来源于叶片表面的粘性影响；

7、γsec：二次流损失源，主要来源于主流通道内的损失；

8、γcorn_hub：近轮毂的角区损失源，主要来源于近轮毂的叶片吸力面角涡以及前缘附面层的绕流；

9、γcorn_shr：近机匣的角区损失源，主要来源于近机匣的叶片吸力面角涡以及前缘附面层的绕流；

10、γwall_hub：近轮毂的端壁损失源，主要来源于轮毂表面的粘性作用所产生的损失；

11、γwall_shr：近机匣的端壁损失源，主要来源于机匣表面的粘性作用所产生的损失；

12、γwake：尾迹损失源，主要来源于叶片吸力面低能流体与主流之间的掺混作用以及低能流体耗散产生的损失。

13、进一步的，对所述不同区域的损失源进行体积分，获得该对应区域内的当地流动损失。

14、进一步的，正常工况下所述压气机中每部分损失源占比恒定，波动范围不超过自身的5％。

15、进一步的，应用于压气机堵塞诊断中。

16、本发明另一目的在于，公开一种压气机堵塞诊断方法，应用前述的压气机的气动性能分析方法，对比当下时刻的各损失源所占比值与预设值相比波动是否超过自身5％，若超过前述阈值，则识别占比增幅最大的损失源并输出堵塞原因，所述堵塞原因与损失源对应关系为：

17、叶型损失源——叶片堵塞；

18、二次流损失源——主通道堵塞；

19、近轮毂的角区损失源——近轮毂的叶片堵塞；

20、近机匣的角区损失源——近机匣的叶片堵塞；

21、近轮毂的端壁损失源——近轮毂堵塞；

22、近机匣的端壁损失源——近机匣堵塞。

23、进一步的，3.5级轴流压气机中，所述预设值为：

24、叶型损失源占比23％、二次流损失源占比11％、近轮毂的角区损失源占比6％、近机匣的角区损失源占比3％、近轮毂的端壁损失源占比15％、近机匣的端壁损失源占比10％、尾迹损失源占比32％。

25、一种压气机堵塞诊断方法，应用前述的压气机的气动性能分析方法，其特征在于，采集压气机运行和堵塞状态下损失源占比以及对应的堵塞结果获取历史数据，基于所述历史数据训练诊断模型；

26、所述诊断模型基于逻辑回归算法训练获得每个损失源对应的损失函数，基于所述损失函数对结果预测，交叉验证后迭代为最优模型，所述预测结果包括正常与堵塞；

27、将所述诊断模型用于诊断同型号压气机是否发生堵塞，针对不同的所述损失源进行并行判断，若存在一个以上堵塞判断时则同时显示所有堵塞情况。

28、有益效果：

29、本发明图对叶片通道的三维空间进行了合理的划分。流动损失流场被分为七部分，每个区域对应一种损失源。这种空间划分方法更具有代表性，更能体现压气机的气动性能，并且以前述方式进行分类更便于计算。

30、另一方面，本发明基于前述划分方式构建了对应的压气机堵塞诊断方法。一些情况中，通过预设的值对每个区域损失源的情况进行监视，当各区域占比发生变化时输出对应的堵塞分析结果，前述的堵塞结果与损失源具有预设的映射关系。另一些情况中，所述各区域损失源占比变化与结果是通过模型预测获得的，即通过当下时刻获取的各损失源占比预测当下时刻是否出现堵塞；所述模型是通过同一型号机型的历史数据训练获得的。提供了一种新的压气机堵塞诊断方法。

31、当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。

技术特征：

1.一种压气机的气动性能分析方法，其特征在于，将压气机叶片通道划分为不同区域，对不同划分区域进行独立的流动损失的定量分析；

2.根据权利要求1所述的压气机的气动性能分析方法，其特征在于，根据不同区域划分获取损失源，所述损失源包括：

3.根据权利要求2所述的压气机的气动性能分析方法，其特征在于，对所述不同区域的损失源进行体积分，获得该对应区域内的当地流动损失。

4.根据权利要求1所述的压气机的气动性能分析方法，其特征在于，正常工况下所述气流机中每部分损失源占比恒定，波动范围不超过自身的5％。

5.根据权利4所述的压气机的气动性能分析方法，其特征在于：应用于压气机气动堵塞诊断中。

6.一种压气机气动堵塞诊断方法，应用权利要求5所述的压气机的气动性能分析方法，其特征在于，对比当下时刻的各损失源所占比值与预设值相比波动是否超过自身5％，若超过前述阈值，则识别占比增幅最大的损失源并输出堵塞原因，所述堵塞原因与损失源对应关系为：

7.根据权利要求6所述的压气机故障诊断方法，其特征在于：3.5级轴流压气机中，所述预设值为：

8.一种压气机故障诊断方法，应用权利要求5所述的压气机的气动性能分析方法，其特征在于，采集压气机运行和堵塞状态下损失源占比以及对应的堵塞结果获取历史数据，基于所述历史数据训练诊断模型；

技术总结本发明公开一种压气机的气动性能分析方法及应用，本发明将压气机叶片通道划分为不同区域，对不同划分区域进行独立的流动损失的定量分析；所述流动损失流场划分为七部分区域，包括：近叶片区(Blade)、主流通道(Main Flow Path)、近轮毂角区(Near‑Hub Corner)、近机匣角区(Near‑Shroud Corner)、近轮毂端壁(Near‑Hub End Wall)、近机匣端壁(Near‑Shroud End Wall)以及尾流区(Wake)。本发明图对叶片通道的三维空间进行了合理的划分。流动损失流场被分为七部分，每个区域对应一种损失源。这种空间划分方法更具有代表性，更能体现压气机的气动性能，并且以前述方式进行分类更便于计算。技术研发人员：马姗,孙啸林,程林,程稳,李凤鸣,闫东峰受保护的技术使用者：中国民用航空飞行学院技术研发日：技术公布日：2024/7/11