本發(fā)明涉及發(fā)動機(jī)設(shè)計(jì)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種航空渦扇發(fā)動機(jī)高原起動點(diǎn)火供油量的計(jì)算方法。

背景技術(shù)：

航空渦扇發(fā)動機(jī)普遍存在著高原起動困難的問題，其中最典型的問題是發(fā)動機(jī)在高原起動點(diǎn)火時(shí)刻轉(zhuǎn)速較低，空氣中氧氣含量少，主燃燒室內(nèi)組織燃燒較差，主燃燒室內(nèi)部油氣比不匹配，導(dǎo)致點(diǎn)火成功率低的問題。通常解決該問題的方法是采用大功率起動機(jī)、對發(fā)動機(jī)起動補(bǔ)氧、延后發(fā)動機(jī)供油時(shí)機(jī)等技術(shù)措施，主要目的都是為了使在發(fā)動機(jī)點(diǎn)火時(shí)刻，能使發(fā)動機(jī)達(dá)到相對較高的轉(zhuǎn)速，增加點(diǎn)火時(shí)刻的空氣含氧量，然后再進(jìn)行發(fā)動機(jī)供油燃燒，這樣有利于改善點(diǎn)火時(shí)刻主燃燒室內(nèi)的組織燃燒效果，進(jìn)而有利于點(diǎn)火成功率。

現(xiàn)有的技術(shù)方案主要是通過改變外部條件，來提高點(diǎn)火成功率。主要存在的缺點(diǎn)是對發(fā)動機(jī)現(xiàn)行技術(shù)狀態(tài)變化較大，提高了產(chǎn)品的成本。如采用大功率起動機(jī)的技術(shù)措施，需增加研制成本，且會影響現(xiàn)行使用的起動機(jī)狀態(tài)變化；采用對發(fā)動機(jī)起動補(bǔ)氧的技術(shù)措施，需增加起動補(bǔ)氧裝置的研制成本；采用延后發(fā)動機(jī)供油時(shí)機(jī)的技術(shù)措施，可能會帶來自動起動箱或控制器的軟件/硬件變化，增加了附件的研制成本。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種航空渦扇發(fā)動機(jī)高原起動點(diǎn)火供油量計(jì)算方法，在不增加研制成本，不改變發(fā)動機(jī)現(xiàn)行技術(shù)狀態(tài)基礎(chǔ)上，研究考慮外部條件變化的發(fā)動機(jī)初始點(diǎn)火供油量計(jì)算方法，以解決或至少減輕背景技術(shù)中所存在的至少一處的問題。

本發(fā)明主要是研究了一種根據(jù)高原條件下發(fā)動機(jī)點(diǎn)火轉(zhuǎn)速的降低、空氣含氧量的減少、以及起動機(jī)功率的降低量，設(shè)計(jì)發(fā)動機(jī)高原起動點(diǎn)火供油量的方法，通過試驗(yàn)驗(yàn)證該方法可以提高點(diǎn)火成功率。重點(diǎn)解決如下技術(shù)問題：高原條件下，如何量化計(jì)算因起動機(jī)功率降低發(fā)動機(jī)的初始點(diǎn)火供油轉(zhuǎn)速影響；高原條件下，如何量化計(jì)算因空氣中含氧量降低對發(fā)動機(jī)初始點(diǎn)火供油量影響的計(jì)算方法；研究一種考慮起動機(jī)功率的降低和空氣中含氧量的降低，對發(fā)動機(jī)初始點(diǎn)火供油量影響的計(jì)算方法。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：提供一種航空渦扇發(fā)動機(jī)高原起動點(diǎn)火供油量計(jì)算方法，包含以下步驟：

步驟一，計(jì)算發(fā)動機(jī)起動時(shí)，飛機(jī)所在海拔高度為H時(shí)，空氣中的含氧量相對于海平面處含氧量的百分比；

步驟二，跟具所述步驟一中的百分比，計(jì)算飛機(jī)在海拔高度為H時(shí)，發(fā)動機(jī)起動時(shí)的點(diǎn)火供油量；

步驟三，計(jì)算因海拔高度增加和/或進(jìn)氣溫度增加而導(dǎo)致發(fā)動機(jī)功率降低的量值；計(jì)算起動機(jī)功率降低對發(fā)動機(jī)初始點(diǎn)火供油轉(zhuǎn)速的影響；計(jì)算發(fā)動機(jī)初始點(diǎn)火供油轉(zhuǎn)速變化對進(jìn)口空氣流量的影響；

步驟四，根據(jù)進(jìn)口空氣流量變化對步驟二的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行修正，得到最終在海拔高度為H時(shí)的點(diǎn)火供油量(W_fd)_HX。

優(yōu)選地，步驟一中所述百分比的計(jì)算方法為：

式中，

為在海拔高度為H時(shí)，空氣中的含氧量；

為在海平面處，空氣中的含氧量；

為飛機(jī)所在海拔高度為H時(shí)，空氣中的含氧量相對于海平面處含氧量的百分比。

優(yōu)選地，在所述步驟二中，飛機(jī)在海拔高度為H時(shí)，發(fā)動機(jī)起動時(shí)的點(diǎn)火供油量具體算法為：

式中，

(W_fd)_H為飛機(jī)在海拔高度為H時(shí)，發(fā)動機(jī)起動時(shí)的點(diǎn)火供油量；

為飛機(jī)所在海拔高度為H時(shí)，空氣中的含氧量相對于海平面處含氧量的百分比；

(W_fd)_0,15為發(fā)動機(jī)在海平面、標(biāo)準(zhǔn)大氣條件下的起動點(diǎn)火供油量。

優(yōu)選地，在所述步驟三中，因海拔高度增加和/或進(jìn)氣溫度增加而導(dǎo)致發(fā)動機(jī)功率降低的量值的計(jì)算方法為：

△P_H-T＝-(A₁×H+A₂×△T_H)

式中，

△P_H-T指在海拔高度H、大氣溫度相對于標(biāo)準(zhǔn)大氣溫度的偏差△T_H(單位：℃)條件下，起動機(jī)功率(單位：千瓦)相對于海平面、標(biāo)準(zhǔn)大氣條件的起動機(jī)功率降低量；

A₁、A₂由起動機(jī)高度-溫度特性確定。

優(yōu)選地，在所述步驟三中，起動機(jī)功率降低對發(fā)動機(jī)初始點(diǎn)火供油轉(zhuǎn)速的影響的具體計(jì)算方法為：

式中，

n_dH指在海拔高度H起動時(shí)發(fā)動機(jī)的點(diǎn)火轉(zhuǎn)速(％)；

P_0-15指海平面、標(biāo)準(zhǔn)大氣條件下的起動機(jī)功率(單位：千瓦)；

n_d0指海平面、標(biāo)準(zhǔn)大氣條件下發(fā)動機(jī)的點(diǎn)火轉(zhuǎn)速(％)。

優(yōu)選地，在所述步驟三中，發(fā)動機(jī)初始點(diǎn)火供油轉(zhuǎn)速變化對進(jìn)口空氣流量的影響具體方法為：

式中，

W_dH指在高原H時(shí)發(fā)動機(jī)點(diǎn)火轉(zhuǎn)速對應(yīng)的進(jìn)口空氣流量(kg/s)；

W_d0指在海平面的發(fā)動機(jī)點(diǎn)火轉(zhuǎn)速對應(yīng)的進(jìn)口空氣流量(kg/s)。

優(yōu)選地，通過對所述步驟二的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行修正，最終得到在海拔高度H時(shí)點(diǎn)火供油量的具體方法為：

式中，

(W_fd)_H為飛機(jī)在海拔高度為H時(shí)，發(fā)動機(jī)起動時(shí)的點(diǎn)火供油量。

本發(fā)明的有益效果在于：通過本發(fā)明的航空渦扇發(fā)動機(jī)高原起動點(diǎn)火供油量的計(jì)算方法，可以為發(fā)動機(jī)在高原起動時(shí)提供準(zhǔn)確的供油量，使主燃燒室內(nèi)的油氣達(dá)到最佳匹配狀態(tài)，不涉及發(fā)動機(jī)現(xiàn)有技術(shù)的改變，不增加產(chǎn)品的研制經(jīng)費(fèi)，同時(shí)提高發(fā)動機(jī)在高原點(diǎn)火的成功率。

附圖說明

圖1是本發(fā)明一實(shí)施例的航空渦扇發(fā)動機(jī)高原起動點(diǎn)火供油量計(jì)算方法的流程圖。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明實(shí)施的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行更加詳細(xì)的描述。在附圖中，自始至終相同或類似的標(biāo)號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。所描述的實(shí)施例是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。下面通過參考附圖描述的實(shí)施例是示例性的，旨在用于解釋本發(fā)明，而不能理解為對本發(fā)明的限制?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)說明。

在本發(fā)明的描述中，需要理解的是，術(shù)語“中心”、“縱向”、“橫向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“頂”、“底”“內(nèi)”、“外”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對本發(fā)明保護(hù)范圍的限制。

發(fā)動機(jī)在海平面、標(biāo)準(zhǔn)大氣條件下的點(diǎn)火供油量為200kg，點(diǎn)火轉(zhuǎn)速為20％，起動機(jī)功率80kW,那么其在海拔高度H＝4000m，大氣溫度T₁＝15℃時(shí)的點(diǎn)火供油量按如下步驟計(jì)算得出：

如圖1所示，步驟一，計(jì)算發(fā)動機(jī)起動時(shí)，飛機(jī)所在海拔高度為H時(shí)，空氣中的含氧量相對于海平面處含氧量的百分比；所述百分比的計(jì)算方法為：

式中，

為在海拔高度為H時(shí)，空氣中的含氧量；

為在海平面處，空氣中的含氧量；

為飛機(jī)所在海拔高度為H時(shí)，空氣中的含氧量相對于海平面處含氧量的百分比。

步驟二，跟具所述步驟一中的百分比，計(jì)算飛機(jī)在海拔高度為H時(shí)，發(fā)動機(jī)起動時(shí)的點(diǎn)火供油量，具體算法為：

式中，

(W_fd)_H為飛機(jī)在海拔高度為H時(shí)，發(fā)動機(jī)起動時(shí)的點(diǎn)火供油量；

為飛機(jī)所在海拔高度為H時(shí)，空氣中的含氧量相對于海平面處含氧量的百分比；

(W_fd)_0,15為發(fā)動機(jī)在海平面、標(biāo)準(zhǔn)大氣條件下的起動點(diǎn)火供油量。

步驟三，計(jì)算因海拔高度增加和/或進(jìn)氣溫度增加而導(dǎo)致發(fā)動機(jī)功率降低的量值；計(jì)算起動機(jī)功率降低對發(fā)動機(jī)初始點(diǎn)火供油轉(zhuǎn)速的影響；計(jì)算發(fā)動機(jī)初始點(diǎn)火供油轉(zhuǎn)速變化對進(jìn)口空氣流量的影響；

具體的，因海拔高度增加和/或進(jìn)氣溫度增加而導(dǎo)致發(fā)動機(jī)功率降低的量值的計(jì)算方法為，根據(jù)所配裝的起動機(jī)高度-溫度特性，獲得海拔高度4000m、大氣溫度15℃時(shí)的起動機(jī)功率較海平面、標(biāo)準(zhǔn)大氣條件下的起動機(jī)功率降低量值：

△P_H-T＝-(A₁×H+A₂×△T_H)-(0.0045×△H+0.3664×△T_H)＝-(0.0045×4000+0.3664×0)＝-18kW

式中，

△P_H-T指在海拔高度H、大氣溫度相對于標(biāo)準(zhǔn)大氣溫度的偏差△T_H(單位：℃)條件下，起動機(jī)功率(單位：千瓦)相對于海平面、標(biāo)準(zhǔn)大氣條件的起動機(jī)功率降低量；

A₁、A₂由起動機(jī)高度-溫度特性確定；

起動機(jī)功率降低對發(fā)動機(jī)初始點(diǎn)火供油轉(zhuǎn)速的影響的具體計(jì)算方法為：

式中，

n_dH指在海拔高度H起動時(shí)發(fā)動機(jī)的點(diǎn)火轉(zhuǎn)速(％)；

P_0-15指海平面、標(biāo)準(zhǔn)大氣條件下的起動機(jī)功率(單位：千瓦)；

n_d0指海平面、標(biāo)準(zhǔn)大氣條件下發(fā)動機(jī)的點(diǎn)火轉(zhuǎn)速(％)。

在計(jì)算發(fā)動機(jī)初始點(diǎn)火供油轉(zhuǎn)速變化對進(jìn)口空氣流量的影響時(shí)，根據(jù)壓縮部件特性，低轉(zhuǎn)速段的壓縮部件轉(zhuǎn)速n_H與進(jìn)口空氣流量W_H近似線性關(guān)系，即W_dH＝k×n_dH，則空氣流量的相對變化量與進(jìn)口空氣流量的相對變化量相等，即

式中，

W_dH指在高原H時(shí)發(fā)動機(jī)點(diǎn)火轉(zhuǎn)速對應(yīng)的進(jìn)口空氣流量(kg/s)；

W_d0指在海平面的發(fā)動機(jī)點(diǎn)火轉(zhuǎn)速對應(yīng)的進(jìn)口空氣流量(kg/s)。

步驟四，根據(jù)進(jìn)口空氣流量變化對步驟二的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行修正，得到最終在海拔高度為H時(shí)的點(diǎn)火供油量(W_fd)_HX。

通過對所述步驟二的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行修正，最終得到在海拔高度為H時(shí)點(diǎn)火供油量的具體方法為：

式中，

(W_fd)_H為飛機(jī)在海拔高度為H時(shí)，發(fā)動機(jī)起動時(shí)的點(diǎn)火供油量。

最后需要指出的是：以上實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對其限制。盡管參照前述實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解：其依然可以對前述各實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對其中部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實(shí)施例技術(shù)方案的精神和范圍。