本发明属于航空发动机,特别涉及一种发动机零组件空气流量数据处理方法及系统。
背景技术:
1、航空发动机零组件(火焰筒、小弯管、叶片、涡流器、喷嘴等)在设计、加工、维修过程中需要对其开展空气流量试验,以判别零件加工质量的一致性(或加工质量与设计值的偏差情况)。如火焰筒筒体上开了较多的小孔,通过测量小孔的流量,判别小孔的加工质量是否满足设计要求。该类空气流量试验一般在常温下开展测量,对测量精度的要求较高,一般应优于±1%。
2、一般空气流量试验的测量结果需要换算至标准状态下(规定的环境温度、环境压力)的质量流量。当前航空发动机零组件空气流量试验测量工作存在如下问题:
3、1、各单位换算公式结构差异较大,且换算后的流量精度有待提升。不同单位根据其结构特点采用独特的换算公式,其换算结果的精度和可靠性差异也较大。
4、2、换算公式对环境因素等偶然误差的修正能力不足,换算结构波动较大。现有的换算公式还存在较大的限制条件,如在规定的试验系统条件下、特定的测量系统原理条件下、针对特定的试验件结构条件下,换算公式才能达到较好的精度。
5、3、换算公式只能适用特定测量系统、试验件,适用范围较窄。例如,当前各单位进行空气流量试验的试验设备,测量空气流量的设备有科氏力质量流量计、流量喷嘴、音速喷嘴等。而航空发动机零组件尺寸大小不一、结构各异,空气流量范围变化范围较大从几克每秒到上千克每秒。
6、4、换算公式受本身结构特点、设备特点,决定了其测量精度,换算精度随着试验数量的增加难以提升。
7、因此,在航空发动机零组件空气流量测量试验中,亟需一种适用范围广、换算精度高、具有持续提升潜力的高精度空气流量数据处理方法及系统。
技术实现思路
1、针对上述问题,本发明提供一种发动机零组件空气流量数据处理方法及系统,适用于航空发动机(燃气轮机等)零组件空气流量测量试验,具有较强通用性。
2、一种发动机零组件空气流量数据处理方法,包括以下步骤:
3、进行标准发动机零组件的空气流量试验,获得实验样本数据;
4、根据实验样本数据,确定最优压力修正系数和最优温度修正系数;
5、通过最优压力修正系数和最优温度修正系数对发动机零组件的实测空气质量流量进行处理,获得发动机零组件标准状态下的空气质量流量。
6、进一步的,实验样本数据包括多组空气流量测量数据,每组空气流量测量数据包括实测大气压力、实测压缩空气温度以及标准发动机零组件的实测空气质量流量、实测压力和实测温度。
7、进一步的,在相同的实验状态下,进行标准发动机零组件的空气流量试验时,通过标准发动机零组件的测量值误差,判断实验设备是否正常,若实验设备正常则继续进行空气流量试验,否则停止实验。
8、进一步的,测量值误差根据标准发动机零组件的当前试验得到的标准状态下的质量流量和历史标准状态下的质量流量的算术平均值确定。
9、进一步的,进行空气流量试验时,每个实验状态连续采集空气质量流量n次,并计算n次空气质量流量的算术平均值,获得实测空气质量流量,其中,n≥10。
10、进一步的,每次空气质量流量的采集时间长度符合设置值。
11、进一步的,根据实验样本数据,确定最优压力修正系数和最优温度修正系数,包括以下步骤:
12、建立标准状态下空气质量流量的修正模型;
13、基于标准状态下空气质量流量的修正模型,改变压力修正系数和温度修正系数,迭代计算实验样本数据的标准状态下的空气质量流量;
14、当实验样本数据的标准状态下的空气质量流量的百分比标准偏差最小时,获得最优压力修正系数和最优温度修正系数。
15、进一步的,建立标准状态下空气质量流量的修正模型,具体如下:
16、wt=aθβ/δα
17、式中,wt表示标准状态下的空气质量流量;wa表示实测的空气质量流量;θ表示压力换算因子;δ表示温度换算因子;α表示压力修正系数,β表示温度修正系数。
18、进一步的,通过最优压力修正系数和最优温度修正系数对发动机零组件的实测空气质量流量进行处理,获得发动机零组件标准状态下的空气质量流量,包括以下步骤:
19、基于标准状态下空气质量流量的修正模型,根据发动机零组件的实测空气质量流量、最优压力修正系数和最优温度修正系数,计算发动机零组件标准状态下的空气质量流量。
20、进一步的,发动机零组件包括火焰筒、弯管、叶片、涡流器和喷嘴。
21、本发明还提供一种发动机零组件空气流量数据处理系统,包括:
22、空气流量试验装置,用于进行标准发动机零组件的空气流量试验,获得实验样本数据;
23、第一计算模块,用于根据实验样本数据,确定最优压力修正系数和最优温度修正系数;
24、第二计算模块,用于通过最优压力修正系数和最优温度修正系数对发动机零组件的实测空气质量流量进行处理,获得发动机零组件标准状态下的空气质量流量。
25、进一步的,第一计算模块,具体用于:
26、建立标准状态下空气质量流量的修正模型;
27、基于标准状态下空气质量流量的修正模型,改变压力修正系数和温度修正系数,迭代计算实验样本数据的标准状态下的空气质量流量;
28、当实验样本数据的标准状态下的空气质量流量的百分比标准偏差最小时,获得最优压力修正系数和最优温度修正系数。
29、本发明的有益效果:
30、1、本发明不需要改动原测量系统硬件,而是基于标准发动机零组件的试验数据获得最优压力修正系数和最优温度修正系数,然后基于最优压力修正系数和最优温度修正系数计算标准状态下的空气质量流量,可以有效降低环境因素(是测量结果的最大误差来源)等偶然误差对测量结果精度的影响,从而获得高精度、高可靠性的试验结果;在已有试验案例中可以达到测量结果扩展不确定度u=0.6%,置信水平99%(达到国际先进水平),比现有的换算公式精度高15%以上。
31、2、本发明适用性好,对硬件要求不高:本发明适用于各种航空发动机零组件空气流量试验,且本发明对流量计的结构形式、测点布置要求等均无特殊要求,可显著提升测量结果的精度。
32、本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述,并且,部分地从说明书中变得显而易见,或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书以及附图中所指出的结构来实现和获得。
1.一种发动机零组件空气流量数据处理方法,其特征在于,包括以下步骤:
2.根据权利要求1所述的发动机零组件空气流量数据处理方法,其特征在于,实验样本数据包括多组空气流量测量数据,每组空气流量测量数据包括实测大气压力、实测压缩空气温度以及标准发动机零组件的实测空气质量流量、实测压力和实测温度。
3.根据权利要求1所述的发动机零组件空气流量数据处理方法,其特征在于,在相同的实验状态下,进行标准发动机零组件的空气流量试验时,通过标准发动机零组件的测量值误差,判断实验设备是否正常,若实验设备正常则继续进行空气流量试验,否则停止实验。
4.根据权利要求3所述的发动机零组件空气流量数据处理方法,其特征在于,测量值误差根据标准发动机零组件的当前试验得到的标准状态下的质量流量和历史标准状态下的质量流量的算术平均值确定。
5.根据权利要求1所述的发动机零组件空气流量数据处理方法,其特征在于,进行空气流量试验时,每个实验状态连续采集空气质量流量n次,并计算n次空气质量流量的算术平均值,获得实测空气质量流量,其中,n≥10。
6.根据权利要求5所述的发动机零组件空气流量数据处理方法,其特征在于,每次空气质量流量的采集时间长度符合设置值。
7.根据权利要求1所述的发动机零组件空气流量数据处理方法,其特征在于,根据实验样本数据,确定最优压力修正系数和最优温度修正系数,包括以下步骤:
8.根据权利要求7所述的发动机零组件空气流量数据处理方法,其特征在于,建立标准状态下空气质量流量的修正模型,具体如下:
9.根据权利要求7所述的发动机零组件空气流量数据处理方法,其特征在于,通过最优压力修正系数和最优温度修正系数对发动机零组件的实测空气质量流量进行处理,获得发动机零组件标准状态下的空气质量流量,包括以下步骤:
10.根据权利要求1-9任一所述的发动机零组件空气流量数据处理方法,其特征在于,发动机零组件包括火焰筒、弯管、叶片、涡流器和喷嘴。
11.一种发动机零组件空气流量数据处理系统,其特征在于,包括:
12.根据权利要求11所述的发动机零组件空气流量数据处理系统,其特征在于,第一计算模块,具体用于:
