申请/专利权人：北京航空航天大学

申请日：2024-04-18

公开（公告）日：2024-06-18

公开（公告）号：CN118094777B

主分类号：G06F30/15

分类号：G06F30/15;G06F30/27;G06F30/28;G06N3/084;G06F113/08;G06F119/08;G06F119/14

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.06.18#授权;2024.06.14#实质审查的生效;2024.05.28#公开

摘要：本发明公开的航空发动机积冰与脱冰风险预测方法、设备、介质及产品，涉及航空发动机高空过冷水滴冰晶结冰与防冰领域。本发明通过压气机气流‑粒子运动换热耦合计算得到压气机各级轴向计算站关键参数，结合压气机叶片构型受到撞击的表面总水滴冰晶收集系数作为数据输入，得到冰晶黏附量和侵蚀量，进而基于冰晶黏附量和侵蚀量得到压气机轴向积冰位置、积冰速率，以确定压气机轴向积冰位置的结冰类型，帮助在发动机评估阶段快速筛选结冰严苛点，大幅度减少结冰实验和三维CFD仿真的工作量，减少仿真与试验工作难度；最后，分析各个计算站位积冰表面的积冰速率得到结冰表面多个影响因素间的关系，以确定计算站位是否具有脱冰风险。

主权项：1.一种航空发动机积冰与脱冰风险预测方法，其特征在于，所述方法包括：构建水滴冰晶粒子运动换热模型，采用流道分析方法耦合所述水滴冰晶粒子运动换热模型进行压气机性能-粒子运动换热耦合计算，得到压气机各级关键参数值；所述压气机各级关键参数包括：粒子直径、粒子温度、冰晶粒子融化率、空气温度和含湿量；所述水滴冰晶粒子运动换热模型包括过冷水以及过冷大水滴的粒子运动换热模型、冰晶粒子运动换热模型；采用总水滴冰晶收集系数数据库模型确定压气机叶片构型受到撞击的表面总水滴冰晶收集系数；基于所述压气机各级关键参数和所述表面总水滴冰晶收集系数，采用Trontin模型确定冰晶黏附量；考虑基于冰风洞实验结果建立的侵蚀模型确定积冰侵蚀量；建立结冰热力学模型获得结冰量；基于冰晶黏附量、侵蚀量、结冰量得到压气机轴向各计算站位中存在积冰位置及其积冰速率；根据压气机轴向积冰位置以及积冰速率确定压气机轴向积冰位置的结冰类型；所述结冰类型包括明冰、霜冰和湿雪冰；根据各个计算站位积冰表面的积冰速率分析得到结冰表面多个影响因素间的关系；结冰表面多个影响因素包括气动力、黏附力和离心力；根据结冰表面多个影响因素间的关系确定计算站位是否具有脱冰风险；过冷水以及过冷大水滴的粒子运动换热模型包括水滴阻力系数模型、大水滴破碎模型以及反弹飞溅模型；其中，过冷大水滴为直径大于50μm的过冷水滴；水滴阻力系数模型、大水滴破碎模型以及反弹飞溅模型的构建过程包括：建立阻力系数与水滴临界韦伯数之间的关系，基于阻力系数与水滴临界韦伯数之间的关系构建水滴阻力系数模型；当韦伯数大于水滴临界韦伯数时，确定水滴破碎生成的粒子直径，以构建得到水滴破碎模型；采用Lewice反弹飞溅模型，当无量纲参数大于设定数值时，确定粒子存在反弹飞溅，对Lewice反弹飞溅模型中的局部水滴收集系数进行修正，得到所述反弹飞溅模型；所述方法还包括：构建冰晶粒子运动换热模型和冰晶阻力系数模型；冰晶粒子运动换热模型和冰晶阻力系数模型的构建过程包括：通过守恒关系，建立气流-冰晶双向耦合三阶段方程；建立冰晶的阻力系数与其球形度之间的关系，基于冰晶的阻力系数与其球形度之间的关系构建冰晶阻力系数模型；根据结冰表面多个影响因素间的关系确定计算站位是否具有脱冰风险，具体包括：根据压气机叶片的角度确定计算站位的关键力参数，通过受力分析基于关键力参数得到合力参数；所述关键力参数包括关键力的大小和方向；关键力为设定的力；所述合力参数包括合力的大小与方向；基于合力参数确定合力对叶片表面起到的作用类型；所述作用类型包括黏附作用和脱离作用；根据所述作用类型得到计算站位积冰的脱落状态；根据合力参数和所述冰晶黏附量推算得到脱冰质量。

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