氣動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)

《機(jī)械工程名詞 第五分冊(cè)》第一版。

以壓縮空氣或氣體為動(dòng)力，推動(dòng)葉片或活塞等而使主軸回轉(zhuǎn)、沖擊或振動(dòng)的機(jī)構(gòu)。

小型渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪氣動(dòng)性能虛擬試驗(yàn)系統(tǒng)及試驗(yàn)方法專利目的

《小型渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪氣動(dòng)性能虛擬試驗(yàn)系統(tǒng)及試驗(yàn)方法》提出了一種小型渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪氣動(dòng)性能虛擬試驗(yàn)系統(tǒng)及試驗(yàn)方法。

小型渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪氣動(dòng)性能虛擬試驗(yàn)系統(tǒng)及試驗(yàn)方法技術(shù)方案

《小型渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪氣動(dòng)性能虛擬試驗(yàn)系統(tǒng)及試驗(yàn)方法》一方面提出了一種小型渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪氣動(dòng)性能虛擬試驗(yàn)系統(tǒng)，包括三維造型模塊、流體動(dòng)力學(xué)建模模塊、組裝模塊、三維計(jì)算模塊、后處理模塊、試驗(yàn)報(bào)告及評(píng)估報(bào)告生成模塊、數(shù)據(jù)庫管理模塊和用戶管理模塊，所述三維造型模塊用于采用具有參數(shù)化建模功能的UG模塊建立試驗(yàn)器渦殼三維模型和試驗(yàn)件三維模型，其中，所述參數(shù)化建模為對(duì)渦殼、試驗(yàn)件的幾何結(jié)構(gòu)運(yùn)用幾個(gè)結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行的描述；所述流體動(dòng)力學(xué)建模模塊用于根據(jù)三維造型模塊生成的渦殼三維模型和試驗(yàn)件三維模型采用CFD軟件（IcemCFD或TurboGrid）進(jìn)行流體動(dòng)力學(xué)模型的建立，以生成渦殼流體動(dòng)力學(xué)模型和試驗(yàn)件流體動(dòng)力學(xué)模型；所述組裝模塊用于對(duì)流體動(dòng)力學(xué)建模模塊生成的渦殼流體動(dòng)力學(xué)模型和試驗(yàn)件流體動(dòng)力學(xué)模型按照實(shí)際的物理狀態(tài)進(jìn)行組裝，以生成可用于氣動(dòng)性能試驗(yàn)的計(jì)算模型；所述三維計(jì)算模塊用于根據(jù)設(shè)置的試驗(yàn)工況和試驗(yàn)工質(zhì)結(jié)合所述組裝模塊生成的用于氣動(dòng)性能試驗(yàn)的計(jì)算模型進(jìn)行試驗(yàn)仿真，并在計(jì)算之前，在關(guān)鍵截面設(shè)置監(jiān)控點(diǎn)信息，該信息主要包括監(jiān)控點(diǎn)的位置及監(jiān)控參數(shù)，如壓力、溫度等；所述后處理模塊用于根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行后處理分析，以獲得各個(gè)流面的參數(shù)分布及渦輪三維特性數(shù)據(jù)；所述試驗(yàn)報(bào)告及評(píng)估報(bào)告生成模塊用于根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果及試驗(yàn)情況進(jìn)行總計(jì)，并完成試驗(yàn)報(bào)告及試驗(yàn)平臺(tái)評(píng)估報(bào)告；所述數(shù)據(jù)庫管理模塊用于對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行管理，對(duì)虛擬試驗(yàn)的試驗(yàn)?zāi)Ｐ?、試?yàn)工況參數(shù)、試驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)、特性曲線、參數(shù)分布圖形進(jìn)行存儲(chǔ)管理，并為用戶提供檢索，查詢和統(tǒng)計(jì)以及分析評(píng)估，其中，所述試驗(yàn)?zāi)Ｐ桶u殼三維模型、試驗(yàn)件三維模型、渦殼流體動(dòng)力學(xué)模型和試驗(yàn)件流體動(dòng)力學(xué)模型；所述用戶管理模塊用于對(duì)用戶實(shí)行權(quán)限管理，以使不同權(quán)限人員對(duì)虛擬試驗(yàn)任務(wù)書、虛擬試驗(yàn)方案、虛擬試驗(yàn)?zāi)K有不同的訪問、修改權(quán)限。

《小型渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪氣動(dòng)性能虛擬試驗(yàn)系統(tǒng)及試驗(yàn)方法》還提出了一種采用如上所述的小型渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪氣動(dòng)性能虛擬試驗(yàn)系統(tǒng)進(jìn)行試驗(yàn)的方法，包括以下步驟：制作渦殼以生成渦殼三維模型和渦殼流體動(dòng)力學(xué)模型；制作試驗(yàn)件以生成試驗(yàn)件三維模型和試驗(yàn)件流體動(dòng)力學(xué)模型；對(duì)所述渦殼流體動(dòng)力學(xué)模型和所述試驗(yàn)件流體動(dòng)力學(xué)模型進(jìn)行拼接以生成可用于氣動(dòng)性能試驗(yàn)的計(jì)算模型，并根據(jù)設(shè)置的試驗(yàn)工況和試驗(yàn)工質(zhì)進(jìn)行全通道試驗(yàn)。

小型渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪氣動(dòng)性能虛擬試驗(yàn)系統(tǒng)及試驗(yàn)方法改善效果

《小型渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪氣動(dòng)性能虛擬試驗(yàn)系統(tǒng)及試驗(yàn)方法》實(shí)施例的小型渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪氣動(dòng)性能虛擬試驗(yàn)系統(tǒng)能夠部分地取代渦輪實(shí)物試驗(yàn)，縮短渦輪試驗(yàn)周期，降低試驗(yàn)風(fēng)險(xiǎn)和實(shí)際試驗(yàn)的費(fèi)用。此外，該發(fā)明實(shí)施例的小型渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪氣動(dòng)性能虛擬試驗(yàn)系統(tǒng)還能夠?qū)u輪的氣動(dòng)性能進(jìn)行分析和評(píng)估，指導(dǎo)渦輪的設(shè)計(jì)。該發(fā)明實(shí)施例對(duì)于實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)從“傳統(tǒng)型設(shè)計(jì)”到“預(yù)測(cè)型設(shè)計(jì)”的轉(zhuǎn)變有著重要的促進(jìn)作用。

《小型渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪氣動(dòng)性能虛擬試驗(yàn)系統(tǒng)及試驗(yàn)方法》附加的方面和優(yōu)點(diǎn)將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過該發(fā)明的實(shí)踐了解到。

《小型渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪氣動(dòng)性能虛擬試驗(yàn)系統(tǒng)及試驗(yàn)方法》涉及發(fā)動(dòng)機(jī)制造及設(shè)計(jì)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種小型渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪氣動(dòng)性能虛擬試驗(yàn)系統(tǒng)及試驗(yàn)方法。

《小型渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪氣動(dòng)性能虛擬試驗(yàn)系統(tǒng)及試驗(yàn)方法》實(shí)施例的小型渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪氣動(dòng)性能虛擬試驗(yàn)系統(tǒng)通過搭建網(wǎng)絡(luò)化的虛擬平臺(tái)實(shí)現(xiàn)，以對(duì)小型渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪部件的氣動(dòng)性能進(jìn)行虛擬試驗(yàn)，從而短渦輪試驗(yàn)周期，降低試驗(yàn)風(fēng)險(xiǎn)和實(shí)際試驗(yàn)的費(fèi)用。如圖1所示，為該發(fā)明實(shí)施例的小型渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪氣動(dòng)性能虛擬試驗(yàn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。該小型渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪氣動(dòng)性能虛擬試驗(yàn)系統(tǒng)包括三維造型模塊100、流體動(dòng)力學(xué)建模模塊200、組裝模塊300、三維計(jì)算模塊400、后處理模塊500、試驗(yàn)報(bào)告及評(píng)估報(bào)告生成模塊600、數(shù)據(jù)庫管理模塊700、用戶管理模塊800。

其中，三維造型模塊100主要采用具有參數(shù)化建模功能的UG模塊（Unigraphics NX）進(jìn)行試驗(yàn)器渦殼三維模型和試驗(yàn)件三維模型的建立。在《小型渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪氣動(dòng)性能虛擬試驗(yàn)系統(tǒng)及試驗(yàn)方法》的實(shí)施例之中，參數(shù)化建模即對(duì)渦殼、試驗(yàn)件的幾何結(jié)構(gòu)運(yùn)用幾個(gè)結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行描述，如長(zhǎng)度、寬度、厚度或直徑、半徑等。當(dāng)該渦殼、試驗(yàn)件的結(jié)構(gòu)大小發(fā)生變化時(shí)，只需修改描述該渦殼、試驗(yàn)件的參數(shù)值而不需要修改模型本身。

其中，流體動(dòng)力學(xué)建模模塊200根據(jù)三維造型模塊100生成的渦殼三維模型和試驗(yàn)件三維模型采用CFD軟件（IcemCFD和Turbo Grid軟件）進(jìn)行流體動(dòng)力學(xué)模型的建立，以生成渦殼流體動(dòng)力學(xué)模型和試驗(yàn)件流體動(dòng)力學(xué)模型。

其中，組裝模塊300用于對(duì)流體動(dòng)力學(xué)建模模塊200生成的渦殼流體動(dòng)力學(xué)模型和試驗(yàn)件流體動(dòng)力學(xué)模型進(jìn)行組裝，生成可用于氣動(dòng)性能試驗(yàn)的計(jì)算模型。具體地，將可用于氣動(dòng)性能試驗(yàn)的渦殼計(jì)算模型與試驗(yàn)件計(jì)算模型按照其實(shí)際的物理狀態(tài)進(jìn)行拼接，使其變?yōu)橐粋€(gè)可用于計(jì)算的完整模型。

根據(jù)試驗(yàn)任務(wù)書設(shè)置試驗(yàn)工況、試驗(yàn)工質(zhì)。三維計(jì)算模塊400根據(jù)設(shè)置的試驗(yàn)工況和試驗(yàn)工質(zhì)結(jié)合組裝模塊300生成的用于氣動(dòng)性能試驗(yàn)的計(jì)算模型進(jìn)行試驗(yàn)仿真。在試驗(yàn)過程之中還可監(jiān)控關(guān)鍵截面的參數(shù)變化。在計(jì)算之前，在關(guān)鍵截面設(shè)置監(jiān)控點(diǎn)信息，該信息主要包括監(jiān)控點(diǎn)的位置（三維坐標(biāo)值）及監(jiān)控參數(shù)，如壓力、溫度等。

后處理模塊500根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行后處理分析，以獲得各個(gè)流面的參數(shù)分布及渦輪三維特性數(shù)據(jù)，并將試驗(yàn)結(jié)果與渦輪實(shí)物試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，獲得兩者之間的關(guān)系，例如獲得渦輪特性參數(shù)如效率、功率、流量等參數(shù)的差異。在《小型渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪氣動(dòng)性能虛擬試驗(yàn)系統(tǒng)及試驗(yàn)方法》的實(shí)施例之中，后處理分析包括對(duì)各流面（S1流面、S2流面、S3流面）的各參數(shù)（總溫、總壓、靜溫、靜壓、速度、馬赫數(shù)等）分布的分析、各關(guān)鍵截面（葉片排進(jìn)出口截面等）參數(shù)的分析、葉片損失系數(shù)、流線分布等。

試驗(yàn)報(bào)告及評(píng)估報(bào)告生成模塊600用于根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果及試驗(yàn)情況進(jìn)行總結(jié)，并完成試驗(yàn)報(bào)告及試驗(yàn)平臺(tái)評(píng)估報(bào)告。

《小型渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪氣動(dòng)性能虛擬試驗(yàn)系統(tǒng)及試驗(yàn)方法》實(shí)施例的小型渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪氣動(dòng)性能虛擬試驗(yàn)系統(tǒng)具有數(shù)據(jù)庫管理功能，可通過數(shù)據(jù)庫管理模塊700對(duì)虛擬試驗(yàn)的試驗(yàn)?zāi)Ｐ?、試?yàn)工況參數(shù)、試驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)、特性曲線、參數(shù)分布圖形等信息進(jìn)行存儲(chǔ)管理，并為用戶提供檢索，查詢和統(tǒng)計(jì)以及分析評(píng)估的功能。

用戶管理模塊800用于對(duì)用戶實(shí)行權(quán)限管理，以使不同權(quán)限人員對(duì)虛擬試驗(yàn)任務(wù)書、虛擬試驗(yàn)方案、虛擬試驗(yàn)?zāi)K有不同的訪問、修改權(quán)限。該系統(tǒng)之中用戶權(quán)限共分為三類：系統(tǒng)管理員、試驗(yàn)者或設(shè)計(jì)者、瀏覽者。其中，不同權(quán)限人員對(duì)虛擬試驗(yàn)任務(wù)書、虛擬試驗(yàn)方案和虛擬試驗(yàn)?zāi)K有不同的訪問，修改權(quán)限。在用戶登錄進(jìn)入小型渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪氣動(dòng)性能虛擬試驗(yàn)系統(tǒng)之后，系統(tǒng)根據(jù)預(yù)設(shè)的該用戶的權(quán)限確定該用戶可進(jìn)行的操作范圍，從而保證了數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)的保密、可靠和一致。

如圖2所示，為《小型渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪氣動(dòng)性能虛擬試驗(yàn)系統(tǒng)及試驗(yàn)方法》實(shí)施例的虛擬試驗(yàn)方法流程圖，該方法基于上述的小型渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪氣動(dòng)性能虛擬試驗(yàn)系統(tǒng)。該方法包括以下步驟：

步驟S201，制作渦殼，生成渦殼三維模型和渦殼流體動(dòng)力學(xué)模型。其中，渦殼包括六個(gè)部件，分別是進(jìn)口1（jk1）、進(jìn)口2（jk2）、前盆（qp）、后盆（hp）、出口1（ck1），出口2（ck2）。渦殼的制作過程是首先制作六個(gè)部件，然后合并六個(gè)部件生成渦殼。六個(gè)部件的制作過程是首先UG創(chuàng)建幾何文件，生成渦殼三維模型，然后由Icem生成渦殼六個(gè)部件的流體動(dòng)力學(xué)模型，最后由CFX合并六個(gè)部件的流體動(dòng)力學(xué)模型，生成渦殼流體動(dòng)力學(xué)模型。如圖3所示，為《小型渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪氣動(dòng)性能虛擬試驗(yàn)系統(tǒng)及試驗(yàn)方法》實(shí)施例的渦殼制作流程圖。

步驟S202，制作試驗(yàn)件，生成試驗(yàn)件三維模型和試驗(yàn)件流體動(dòng)力學(xué)模型。試驗(yàn)件的制作根據(jù)選用網(wǎng)格工具的不同提供兩種制作方式，IcemCFD方式和TurboGrid方式。

方式一、IcemCFD方式：

首先由專門的設(shè)計(jì)軟件創(chuàng)建靜葉和動(dòng)葉的點(diǎn)文件，然后由UG軟件創(chuàng)建三維模型，再由IcemCFD創(chuàng)建靜葉和動(dòng)葉的流體動(dòng)力學(xué)模型，最后由CFX合并靜葉和動(dòng)葉的流體動(dòng)力學(xué)模型，生成試驗(yàn)件流體動(dòng)力學(xué)模型。

方式二、TurboGrid方式：

首先由專門的設(shè)計(jì)軟件創(chuàng)建靜葉和動(dòng)葉的點(diǎn)文件，然后由UG軟件創(chuàng)建三維模型，再由TurboGrid創(chuàng)建靜葉和動(dòng)葉的流體動(dòng)力學(xué)模型，最后由CFX合并靜葉和動(dòng)葉的流體動(dòng)力學(xué)模型，生成試驗(yàn)件流體動(dòng)力學(xué)模型。。

如圖4所示，為《小型渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪氣動(dòng)性能虛擬試驗(yàn)系統(tǒng)及試驗(yàn)方法》實(shí)施例的試驗(yàn)件制作流程圖。

需要說明的是在《小型渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪氣動(dòng)性能虛擬試驗(yàn)系統(tǒng)及試驗(yàn)方法》實(shí)施例之中，步驟S201和S202之間沒有順序關(guān)系。

步驟S203，進(jìn)行全通道試驗(yàn)。首先合并渦殼流體動(dòng)力學(xué)模型和試驗(yàn)件流體動(dòng)力學(xué)模型，然后通過設(shè)置工況參數(shù)和工質(zhì)參數(shù)在合并后的渦殼和試驗(yàn)件上開始試驗(yàn)，試驗(yàn)后進(jìn)行后處理分析，并生成試驗(yàn)報(bào)告。如圖5所示，為該發(fā)明實(shí)施例的全通道試驗(yàn)流程圖。如圖6所示，為該發(fā)明實(shí)施例的制作試驗(yàn)大綱子流程示意圖。