畸变进气条件下的失稳预测方法和失稳预测装置

专利2025-11-18  32


本发明涉及压气机及气动热力学领域,更具体地,涉及畸变进气条件下的失稳预测方法、失稳预测装置、电子设备、计算机可读存储介质和计算机程序产品。


背景技术:

1、旋转失速和喘振是叶轮机械领域最严重的两种流动失稳现象,严重威胁航空发动机的安全稳定运行。为避免不稳定性现象的发生,主动控制是一项重要的扩稳措施。其核心思想是通过监测流场的扰动信息实时感知压气机状况,当压气机的工作点靠近失稳边界时,监测系统及时发出报警信号,并传输至作动机构,如喷气阀门或者导静叶调节机构,使得工作点重新恢复至稳定状态。可以看出决定主动控制成败的关键因素之一是及时可靠的预报信号。

2、目前的预测方法基于对模态波和突尖波两类先兆信号的检测,但是由于突尖型失速先兆的出现距离压气机失稳只有几转或者十几转的时间,控制系统难以在如此短的时间完成调节。另外一类预报方法是通过捕捉壁面动态压力信号的不规则性,实时输出表征信号不规则形的特征量,实现预报。在均匀进气条件下,如果忽略扰动周向传播时间,在不同周向位置几乎可以同时检测到扰动,因此仅仅需要布置一支传感器就能实现均匀进气条件下的预报;然而在畸变进气条件下,扰动可能在畸变区产生,在非畸变区消失,当传感器布置在非畸变区时,预报方法可能会失效,由此会降低航空发动机的安全性。


技术实现思路

1、有鉴于此,本发明实施例提供了一种畸变进气条件下的失稳预测方法、失稳预测装置、电子设备、计算机可读存储介质和计算机程序产品。

2、本发明实施例的一个方面提供了一种畸变进气条件下的失稳预测方法,上述方法包括:

3、在压气机处于上述畸变进气条件的情况下,测量上述压气机节流过程中机匣壁面不同周向位置的多个动态压力信号,其中,上述动态压力信号表征上述压气机从稳定工况运行至失稳工况的动态压力数据;

4、针对每个上述机匣壁面的周向位置,对上述动态压力信号进行相关性计算,得到目标特征量,其中,上述目标特征量表征上述动态压力信号的不规则性;

5、根据上述目标特征量对参考阈值进行调整,得到目标阈值;

6、根据实时测量的目标特征量和上述目标阈值,生成失稳预测结果,其中,上述失稳预测结果表征上述压气机是否发生流动失稳现象。

7、根据本发明的实施例,上述动态压力信号为叶片前缘附近机匣壁面处不同周向位置的动态压力信号。

8、根据本发明的实施例,对上述动态压力信号进行相关性计算,得到目标特征量,包括:

9、利用预设处理算法处理上述动态压力信号,得到上述目标特征量,其中,上述预设处理算法包括自相关分析法、快速小波分析法、模糊熵分析法或近似熵分析法。

10、根据本发明的实施例,利用预设处理算法处理上述动态压力信号,得到上述目标特征量,包括:

11、基于预设步长,利用预设窗口对上述动态压力信号进行处理,得到多个压力信号;

12、利用上述预设处理算法处理多个上述压力信号,得到表征不规则性的上述目标特征量。

13、根据本发明的实施例,上述目标特征量通过如下公式计算:

14、

15、其中,p为压力信号,wnd为固定窗口的长度,即预设步长,n为固定窗口内动态压力信号的数据长度,自相关系数cac表征上述目标特征量,自相关系数cac描述了当前固定窗口内的压力信号与下一时刻的固定窗口内的压力信号的相关性,自相关系数的大小与不规则性相关。

16、根据本发明的实施例,上述失稳预测方法还包括:

17、在上述失稳预测结果表征存在流动失稳现象的情况下,根据上述失稳预测结果生成调节指令;

18、将上述调节指令传输至调节结构,以使得上述调节机构响应于上述调节指令对上述压气机进行调节,使得上述压气机重新恢复稳定工况,其中,上述调节机构包括可调导静叶和/或放气阀门。

19、根据本发明的实施例,根据上述目标特征量对参考阈值进行调整,得到目标阈值,包括:

20、基于预设修正公式,根据上述目标特征量和参考阈值,生成上述目标阈值。

21、根据本发明的实施例,上述预设修正公式如下所示:

22、

23、其中,kc(i)为参考阈值,cac(i)为不同周向位置稳定工况时的自相关系数,即目标特征量,kv(i)为目标阈值。

24、根据本发明的实施例,根据实时测量的目标特征量和上述目标阈值,生成失稳预测结果,包括:

25、在上述目标特征量小于上述目标阈值的情况下,生成表征发生流动失稳现象的失稳预测结果;

26、在上述目标特征量不小于上述目标阈值的情况下,生成表征没有发生流动失稳现象的失稳预测结果。

27、本发明实施例的另一个方面提供了一种畸变进气条件下的失稳预测装置,上述装置包括:

28、测量模块,用于在压气机处于上述畸变进气条件的情况下,测量上述压气机节流过程中机匣壁面不同周向位置的多个动态压力信号,其中,上述动态压力信号表征上述压气机从稳定工况运行至失稳工况的动态压力数据;

29、计算模块,用于针对每个上述机匣壁面的周向位置,对上述动态压力信号进行相关性计算,得到目标特征量,其中,上述目标特征量表征上述动态压力信号的不规则性;

30、调整模块,用于根据上述目标特征量对参考阈值进行调整,得到目标阈值;

31、生成模块,用于根据实时测量的目标特征量和上述目标阈值,生成失稳预测结果,其中,上述失稳预测结果表征上述压气机是否发生流动失稳现象。

32、本发明实施例的另一个方面提供了一种电子设备,包括:一个或多个处理器;存储器,用于存储一个或多个程序,其中,当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行时,使得所述一个或多个处理器实现如上所述的方法。

33、本发明实施例的另一个方面提供了一种计算机可读存储介质,存储有计算机可执行指令,所述指令在被执行时用于实现如上所述的方法。

34、本发明实施例的另一个方面提供了一种计算机程序产品,所述计算机程序产品包括计算机可执行指令,所述指令在被执行时用于实现如上所述的方法。

35、根据本发明的实施例,通过实时测量压气机前缘附近壁面上的动态压力信号,从而实时对阈值进行修正,以便于及时捕捉失速前的扰动信号,同时在不同周向位置设置时变的阈值,实现畸变进气条件下失稳预报,而且具有较高的鲁棒性,有助于保障航空发动机安全稳定运行。



技术特征:

1.一种畸变进气条件下的失稳预测方法,其特征在于,所述方法包括:

2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述动态压力信号为叶片前缘附近机匣壁面处不同周向位置的动态压力信号。

3.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,对所述动态压力信号进行相关性计算,得到目标特征量,包括:

4.根据权利要求3所述的方法,其特征在于,利用预设处理算法处理所述动态压力信号,得到所述目标特征量,包括:

5.根据权利要求3或4所述的方法,其特征在于,所述目标特征量通过公式(1)计算:

6.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述方法还包括:

7.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,根据所述目标特征量对参考阈值进行调整,得到目标阈值,包括:

8.根据权利要求7所述的方法,其特征在于,所述预设修正公式如公式(2)所示:

9.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,根据实时测量的目标特征量和所述目标阈值,生成失稳预测结果,包括:

10.一种畸变进气条件下的失稳预测装置,其特征在于,所述装置包括:


技术总结
本发明提供了一种畸变进气条件下的失稳预测方法和失稳预测装置。该方法包括在压气机处于畸变进气条件的情况下,测量压气机节流过程中机匣壁面不同周向位置的多个动态压力信号,其中,动态压力信号表征压气机从稳定工况运行至失稳工况的动态压力数据;针对每个机匣壁面的周向位置,对动态压力信号进行相关性计算,得到目标特征量,其中,目标特征量表征动态压力信号的不规则性;根据目标特征量对参考阈值进行调整,得到目标阈值;根据实时测量的目标特征量和目标阈值,生成失稳预测结果,其中,失稳预测结果表征压气机是否发生流动失稳现象。

技术研发人员:杜娟,范忠岗,刘洋,巴顿,张敏
受保护的技术使用者:中国科学院工程热物理研究所
技术研发日:
技术公布日:2024/11/11
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