(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210893116.7 (22)申请日 2022.07.27 (71)申请人 中国航发湖南动力机 械研究所 地址 412002 湖南省株洲市芦淞区董家塅 高科园中国航发动研所 (72)发明人 杨杰　 (74)专利代理 机构 长沙智嵘专利代理事务所 (普通合伙) 4321 1 专利代理师 黄海波 (51)Int.Cl. G06F 30/23(2020.01) G06F 30/28(2020.01) G06F 17/18(2006.01) G06F 119/10(2020.01) G06F 119/08(2020.01)G06F 119/06(2020.01) (54)发明名称 考虑爆频的脉冲爆震涡轮发动机涡轮综合 性能评估方法 (57)摘要 本申请公开了一种考虑爆频的脉冲爆震涡 轮发动机涡 轮综合性能评估 方法。 本申请由于采 用效率高、 低值区间时间段的平均功率与效率按 时间区间长度进行加权平均的方式得到整个爆 震周期内的涡 轮综合功率与效率， 因此对涡轮综 合功率与综合效率的计算评估能避免复杂的数 值积分计算， 简便快捷。 评估得到的涡轮综合功 率与综合效率与脉冲 爆震频率直接相关， 能反映 爆震频率对涡 轮综合性能的影 响， 使评估的结果 更接近真实值。 通过一次脉冲爆震燃烧室与涡轮 的联合仿真计算， 即可评估不同爆震频率下涡轮 的综合功率与综合效率， 无需在不同爆震频率下 进行多次脉冲爆震燃烧室与涡轮的联合仿真计 算， 极大地节省了计算资源， 提高了评估效率， 降 低了评估成本 。 权利要求书3页 说明书10页 附图4页 CN 115130354 A 2022.09.30 CN 115130354 A 1.一种考虑爆频的脉冲爆震涡轮发动机涡轮综合性能评估方法， 其特征在于， 包括步 骤： S1、 在仿真软件中建立脉冲爆震燃烧室与涡轮的联合仿真非定常计算模型； S2、 根据脉冲爆震波的产生与发展的时间历程， 将爆震室与涡轮联合仿真的计算周期 划分为三个时间段： 燃料的填充过程段， 爆震波的生成与传播过程段， 爆震波排出后的爆震 管内压力降低过程段， 根据三个时间段的物理过程特征和经历的时间长度确定各时间段的 非定常计算的时间步长与步数； S3、 设置三个时间段的仿真参数， 设置非定常计算的结果输出参数， 完成设定爆震频率 下全过程的非定常联合仿真计算； S4、 根据结果输出参数计算涡轮功率与效率的瞬时值， 绘制涡轮进口总压与涡轮瞬时 效率随物理时间的变化图线； S5、 根据涡轮进口总压与涡轮瞬时效率随物理时间的变化图线， 确定爆震波开始生成 的时刻点t1与减弱至消失的时刻点t 2； S6、 根据时刻点t1和时刻点t2将整个爆震周期划分为涡轮效率高值区间时间段、 涡轮 效率低值区间时间段， 将涡轮效率高值区间时间段、 涡轮效率低值区间时间段的平均功率 与效率按时间区间长度进行加权平均得到当前爆震频率下整个爆震周期 内的涡轮综合功 率与效率； S7、 更换爆震频率， 将该爆震频率对应的时间周期长度减去仿真得到的效率高值区间 时间长度， 即为该爆震频率下效率低值区间的时间长度， 通过效率高值区间与效率低值区 间的涡轮平均功率与效率的时间区间长度加权平均即可得到该爆震频率下的涡轮综合功 率与效率。 2.根据权利要求1所述的考虑爆频的脉冲爆震涡轮发动机涡轮综合性能评估方法， 其 特征在于， 所述 步骤S1具体包括 步骤： S11、 对于所需评估的脉冲爆震涡轮发动机的涡轮与相应的爆震燃烧室， 分别划分流体 域计算网格； S12、 将网格导入到可计算燃烧化学反应的CFD软件中， 在CFD软件中建立脉冲爆震燃烧 室与涡轮的联合仿真非定常计算模型。 3.根据权利要求1所述的考虑爆频的脉冲爆震涡轮发动机涡轮综合性能评估方法， 其 特征在于， 所述 步骤S3具体包括 步骤： S31、 对于燃料的填充过程段， 计算域进口设置为压力进口边界条件， 给定包括总温、 总 压、 湍流度的仿真参数； S32、 对于爆震波的生成与传播过程段， 爆震波排出后的爆震管内压力降低过程段， 计 算域进口设置为无滑 移壁面边界条件； S33、 设置包括涡轮进出口总温、 总压、 定压比热容、 比热比、 流量、 动叶扭矩的气动相关 参数作为非定常计算的结果输出参数； S34、 完成全过程的非定常联合仿真计算。 4.根据权利要求1所述的考虑爆频的脉冲爆震涡轮发动机涡轮综合性能评估方法， 其 特征在于， 所述 步骤S4具体包括 步骤： S41、 根据脉冲爆震燃烧室与涡轮非定常联合仿真计算输出的包括进出口总温、 总压、权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 115130354 A 2流量、 动叶扭矩、 定压比热容、 比热比的气动相关参数的瞬时值， 计算涡轮功率与效率的瞬 时值； S42、 根据涡轮功率与效率的瞬时值绘制涡轮进口总压与涡轮瞬时效率随物理时间的 变化图线。 5.根据权利要求1所述的考虑爆频的脉冲爆震涡轮发动机涡轮综合性能评估方法， 其 特征在于， 所述 步骤S6具体包括 步骤 S61、 将整个爆震周期拆分为三个时间段： 时刻点t1之前的时间段、 时刻点t1与t2之间 的时间段、 时刻点t 2之后的时间段； S62、 时刻点t 1与t2之间 的时间段为涡轮效率 高值区间时间段， 时刻点t 1之前与时刻点 t2之后的时间段各为涡轮效率低值区间时间段， 并将两个涡轮效率低值区间时间段合 成一 个涡轮效率低值区间时间段； S63、 分别计算涡轮效率低值区间时间段内涡轮瞬时功率与效率的时间平均值、 涡轮效 率低值区间时间段内的涡轮瞬时功率与效率的时间平均值； S64、 将涡轮效率低值区间时间段内涡轮瞬时功率与效率的时间平均值、 涡轮效率低值 区间时间段内的涡轮瞬时功率与效率的时间平均值按时间区间长度进行加权平均得到整 个爆震周期内的涡轮综合功率与效率。 6.根据权利要求1所述的考虑爆频的脉冲爆震涡轮发动机涡轮综合性能评估方法， 其 特征在于， 所述 步骤S7具体包括 步骤： S71、 更换爆震频率， 由更换后的爆震频率所对应的爆震周期时间长度减去仿真所得涡 轮效率高值区间时间段的时间长度， 得到对应的爆震频率下涡轮效率低值区间时间段的时 间长度； S72、 将涡轮效率高值区间时间段与涡轮效率低值区间时间段的平均功率与效率以各 自对应的时间长度进 行加权平均， 即可得到对应爆震频率下的整个爆震周期内的涡轮综合 功率与效率。 7.根据权利要求1所述的考虑爆频的脉冲爆震涡轮发动机涡轮综合性能评估方法， 其 特征在于， 还 包括步骤： S8、 计算多个不同爆震频率下对应的涡轮的综合功率与综合效率， 得到涡轮综合功率 与综合效率随爆震频率的变化 规律。 8.一种考虑爆频的脉冲爆震涡轮发动机涡轮综合 性能评估 装置， 其特 征在于， 包括： 模型建立模块， 用于在仿真软件中建立脉冲爆震燃烧室与涡轮的联合仿真非定常计算 模型； 周期划分模块， 用于根据脉冲爆震波的产生与发展的时间历程， 将爆震室与涡轮联合 仿真的计算周期划分为三个时间段： 燃料的填充过程段， 爆震波的生成与传播过程段， 爆震 波排出后的爆震 管内压力降低过程段， 根据三个时间段的物理过程特征和经历的时间长度 确定各时间段的非定常计算的时间步长与步数； 联合仿真计算模块， 用于设置三个时间段的仿真参数， 设置非定常计算的结果输出参 数， 完成设定爆震频率下全过程的非定常联合仿真计算； 变化图线绘制模块， 用于根据结果输出参数计算涡轮功率与效率的瞬时值， 绘制涡轮 进口总压与涡轮瞬时效率随物理时间的变化图线；权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 115130354 A 3