一种航空燃气涡轮发动机滑油供油压力计算方法与流程

本技术涉及航空燃气涡轮发动机，特别地，涉及一种航空燃气涡轮发动机滑油供油压力计算方法。

背景技术：

1、目前航空燃气涡轮发动机常采用封闭循环式滑油系统，一般由供油、回油和通风系统组成，滑油供油压力为滑油系统的重要监控参数，一般在滑油滤后的供油管路上设置测点；

2、一种典型的航空发动机滑油供油系统如下图所示，包含：滑油箱、滑油泵、燃滑油散热器、滑油滤前压力传感器、滑油滤、滑油滤后传感器、喷嘴及各附件之间滑油管路，该型发动机在滑油滤前后均布置有压力测量传感器。

3、滑油压力是滑油供油系统是否正常工作的指示，可用来监测意外的状况。过高的滑油压力可因滑油喷嘴堵塞、滑油滤堵塞或调压活门破坏引起，过低的滑油压力可能是滑油泄漏、管路破裂、泵局部或完全破坏、滑油箱液位低或调压活门破坏引起。滑油压力计算方法的建立，一是可为发动机台架试验和外场飞行时判断滑油压力是否正常提供判断依据，二是可为发动机在进行极限试验(150小时持久试验中最小/最大滑油压力试验)时滑油压力条件的确定提供理论依据。

4、目前预测航空发动机滑油压力的方法主要有两种：

5、方案1：利用flowmaster、matlab/simulink等软件进行供油子系统滑油压力数值仿真。

6、首先在软件中元件模块库将滑油系统各类元部件模化成对应元件，通过数学的方法使用流量、压力和换热三大特性的计算进行描述，相关特性可以通过理论公式计算或采用理论结合试验的方法获得；

7、其次是根据滑油系统的组成搭建供油子系统的模型；

8、最后是迭代计算，根据滑油泵出口流量与各喷嘴流量相等的特性进行迭代计算，当误差在允许范围内时，可结束计算，根据计算结果可获得对应位置的滑油压力。

9、方案2：通过利用海量整机试验数据或者外场试飞试验数据，梳理滑油供油压力与高度、飞行速度、滑油泵转速等因素的联系，建立拟合关系，再通过其他整机试验或外场试飞数据对拟合关系进行验证，当计算误差在工程允许范围内，则可将滑油供油压力的拟合关系进行推广。

10、上述两种方案存在如下缺点：

11、方案1的缺点是工作量较大，计算结果通常不能直接应用于工程，需要大量发动机试验数据进行验证与修正；目前发动机供油系统常采用内部铸造油路，形状不规则，发动机结构复杂，滑油喷组数目多，形状不规则。方案1需要花费大量时间和精力获得滑油系统各元件的特性，并将其转换为软件能使用的数据表或方程的形式；同时需要搭建发动机滑油系统的模型难度较大；

12、2、方案2基于海量发动机台架试验数据或外场试飞数据进行滑油压力关于关键因素的数学拟合，目前公开的文献只考虑转速，未考虑大气环境、滑油供油温度等因素的影响，滑油压力的计算精度较低；

13、3、上述两个方案均未考虑发动机滑油泵等成附件、滑油喷嘴、滑油管路的差异性，不同发动机滑油供油系统在结构上存在不同，正常工作时，发动机滑油压力也存在不同。

技术实现思路

1、本技术提供了一种航空燃气涡轮发动机滑油供油压力计算方法，以解决现有航空发动机滑油压力预测方法工作量较大、建模难度大、计算精度较低、适应性差的技术问题。

2、本技术采用的技术方案如下：

3、一种航空燃气涡轮发动机滑油供油压力计算方法，包括步骤：

4、确定航空燃气涡轮发动机使用的滑油牌号，获得该滑油主要物理参数随滑油供油温度变化的数据，所述主要物理参数包括滑油的密度ρ和动力黏度v；

5、获取发动机进行台架试验得到的连续试验数据，所述连续试验数据包括发动机转速ng、滑油滤前供油压力pm1、滑油滤前供油压力pm2、滑油供油温度tm、发动机压比；

6、确定发动机等效轴承腔压和发动机压比的函数关系式；

7、确定滑油泵流量和发动机转速和滑油泵工作高度的函数关系式；

8、确定等效喷嘴压差、等效管路损失和滑油流量、滑油供油温度的函数关系式；

9、根据台架试验得到的连续试验数据、各函数关系式确定的发动机滑油压力数学模型计算得到涡轮发动机滑油供油压力。

10、进一步地，所述滑油主要物理参数随滑油供油温度变化的数据包括：

11、ρ＝f(tm)

12、v＝f(tm)

13、其中，ρ为滑油的密度，v为滑油的动力黏度，f为随滑油供油温度变化的关系函数，tm为滑油供油温度。

14、进一步地，进行台架试验得到连续试验数据时，发动机在地慢、空慢、最大连续和起飞状态停留，试验得到连续试验数据。

15、进一步地，确定发动机等效轴承腔压和发动机压比的函数关系式具体包括步骤：

16、将发动机多个轴承腔腔压等效为一个等效轴承腔压p轴承，在一样的滑油体积流量时，滑油滤前后的压差pm1-pm2和滑油滤后供油压力与等效轴承腔压的差值pm2-p轴承的比例为一常数：

17、

18、发动机等效轴承腔压和发动机压比呈线性关系，发动机等效轴承腔压和发动机压比的函数关系式：

19、p轴承＝f(压比)＝k*压比

20、其中，k为轴承腔压和发动机压比的系数。

21、进一步地，在确定滑油泵流量和发动机转速和滑油泵工作高度的函数关系式时，忽略滑油温度对容积效率的影响，仅考虑滑油泵工作高度对滑油泵容积效率的影响，发动机工作时，滑油泵的流量除了是发动机转速的函数外，还是高度的函数，利用滑油泵部件试验数据或整机高空台的试验数据，获得滑油泵流量的关系式：

22、q＝f(ng)*f(h)

23、其中，q为滑油泵流量，h为滑油泵工作高度。

24、进一步地，确定等效喷嘴压差、等效管路损失和滑油流量、滑油供油温度的函数关系式具体包括步骤：

25、对于航空燃气涡轮发动机，有很多个滑油喷嘴，将所有的滑油喷嘴等效于一个滑油喷嘴，等效喷嘴压差和等效管路损失一样，均为滑油滑油的体积流量、密度的关系式，因此：

26、

27、滤前或滤后的滑油供油压力pm的计算公式如下：

28、pm＝δp1+δp+p轴承

29、其中：δp为发动机多个喷嘴的等效喷嘴压差，可根据滑油流量和滑油温度建立函数关系式；

30、δp＝f(q，tm)

31、δp1为发动机压力测点到喷嘴的等效管路损失，可根据滑油流量和滑油温度建立函数关系式；

32、δp1＝f(q，tm)；

33、将滑油供油压力在排除等效轴承腔压影响后，得到理论的等效系数关系式如下：

34、

35、进一步地，所述理论的等效系数关系数k等效通过如下步骤获得：

36、对发动机或者车台管路进行改造，测量发动机不同状态时的滑油体积流量，滑油供油压力pm2和滑油供油温度tm；

37、确定发动机在不同压比时的等效轴承腔压；

38、根据发动机整机台架试验数据，通过经验公式获得不同滑油供油温度时，等效喷嘴压差、等效管路损失和滑油流量之间的等效系数k等效；

39、建立等效系数k等效和滑油动力黏度的拟合关系，拟合为线性关系式：

40、k等效＝f(v)＝f(f(tm))。

41、进一步地，所述发动机滑油压力数学模型如下：

42、

43、

44、本技术另一方面还提供了一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现所述航空燃气涡轮发动机滑油供油压力计算方法的步骤。

45、本技术另一方面还提供了一种存储介质，所述存储介质包括存储的程序，在所述程序运行时控制所述存储介质所在的设备执行所述航空燃气涡轮发动机滑油供油压力计算方法的步骤。

46、本技术具有以下有益效果：

47、本技术公开了一种航空燃气涡轮发动机滑油供油压力计算方法，该方法避免了繁重的滑油系统元件建模和特性输入，不需要建立滑油供油系统的计算模型和使用试验数据修正模型，减少了工作量；同时，该方法可对每一台出厂发动机利用出厂试验数据建立滑油压力数学公式，不需要分析海量数据，计算公式考虑发动机滑油供油系统的差异性，提高计算的准确性，适应性好。

48、除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本技术还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本技术作进一步详细的说明。