替代燃料在航空發(fā)動機中安全性的認證方法及其系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種替代燃料在航空發(fā)動機中安全性的認證方法及其系統(tǒng)，該方法包括：基于航空燃料的歷史經(jīng)驗數(shù)據(jù)和航空發(fā)動機的結(jié)構(gòu)特征，獲取與發(fā)動機系統(tǒng)安全性相關(guān)的關(guān)鍵安全參數(shù)，并建立從航空燃料到發(fā)動機系統(tǒng)關(guān)鍵安全參數(shù)空間的映射關(guān)系，利用此映射關(guān)系獲取了使用替代燃料的發(fā)動機系統(tǒng)關(guān)鍵安全參數(shù)空間的工作區(qū)域，并通過敏感性分析對發(fā)動機系統(tǒng)關(guān)鍵安全參數(shù)進行分類并獲得其測試條件。從而，基于大量歷史經(jīng)驗得到了基于航空燃料的發(fā)動機系統(tǒng)關(guān)鍵安全參數(shù)的安全邊界，做為判定準則對替代燃料的發(fā)動機系統(tǒng)關(guān)鍵安全參數(shù)區(qū)域進行安全性判定。本發(fā)明在降低認證流程燃料成本和時間成本基礎(chǔ)上，提供了航空替代燃料認證所需的測試條件及驗收準則。
【專利說明】替代燃料在航空發(fā)動機中安全性的認證方法及其系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及替代能源、航空安全、適航技術(shù)交叉領(lǐng)域，具體涉及一種替代燃料在航空發(fā)動機中安全性的認證方法及其系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]發(fā)展航空替代燃料尤其是可再生生物基燃料是實現(xiàn)多元化航空能源供給并確保國家能源安全的重要保障。另外，全球氣候變化也給航空運輸業(yè)提出新目標(biāo)，該目標(biāo)的實現(xiàn)如果僅靠航空發(fā)動機和飛機的輕量化和性能的提高是無法達到的，還必須依賴生物質(zhì)航空替代燃料。
[0003]對于航空燃料市場而言，“即用性”燃料是很有前途的，因為使用這些燃料不需要改變航空發(fā)動機、飛機以及基礎(chǔ)設(shè)施的結(jié)構(gòu)。美國材料與試驗協(xié)會出版了針對合成碳氫燃料的標(biāo)準ASTM7566 (《包含合成碳氫燃料的航空渦輪燃料的標(biāo)準規(guī)范》)，并在理化特性測試、適用性測試、熱端測試、部件測試以及整機測試方面更新了標(biāo)準ASTM4054-09 (《新型航空渦輪燃料認證與審批的標(biāo)準規(guī)程》)。
[0004]但是，在當(dāng)前的認證流程中主要存在3個問題。
[0005]問題1:高燃料精制成本，導(dǎo)致市場競爭力低?；趲资旰娇彰河褪褂媒?jīng)驗，建立并完善了石油餾分的航空燃料測試標(biāo)準(ASTM1655)，在此基礎(chǔ)上，制定了《包含合成碳氫燃料的航空渦輪燃料的標(biāo)準規(guī)范》(ASTM7566-13 )。標(biāo)準中雖然沒有規(guī)定替代燃料的化學(xué)組成，但是規(guī)定了理化特性的應(yīng)用范圍，也就在一定程度上限制了其化學(xué)組成。因此，為了控制替代燃料的化學(xué)組成，精煉工藝變得非常冗繁。因此，從原料到噴氣燃料整個工藝過程需要進一步優(yōu)化，以有利于航空燃料生產(chǎn)過程的商業(yè)化，降低工藝成本。
[0006]問題2:燃料測試成本較高。根據(jù)標(biāo)準ASTM D4054，認證過程(理化特性測試、適用性測試、熱端測試、部件測試和整機測試)需要22500加侖的替代燃料，這給燃料生產(chǎn)者帶來巨大負擔(dān)。此外，替代燃料安全認證過程還需將安全分析預(yù)測和測試數(shù)據(jù)進行耦合共同認證。
[0007]問題3:未明確測試條件和驗收準則。盡管有限測試并不能驗證替代燃料的安全性，且在熱端測試、部件測試和整機測試中所列出的測試項目并沒有給出測試條件或者可接受的驗收準則，因而很難對“即用性”燃料進行認證。標(biāo)準規(guī)范中雖限定原始設(shè)備制造商承擔(dān)主要安全責(zé)任，且他們控制測試條件或可接受的驗收準則，但是他們只能承擔(dān)自己設(shè)計制造發(fā)動機的安全，是否所有發(fā)動機都需要測試，也未給出明確說明。
[0008]因此，如何解決上述問題，提供一種有效的替代燃料在航空發(fā)動機中安全性的認證方法，乃業(yè)界所致力的課題之一。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題之一是需要提供一種替代燃料在航空發(fā)動機中安全性的認證方法，該方法能夠在降低認證流程燃料成本和時間成本的基礎(chǔ)上，提供測試條件及驗收準則。另外，還提供了一種替代燃料在航空發(fā)動機中安全性的認證系統(tǒng)。
[0010]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種替代燃料在航空發(fā)動機中安全性的認證方法，包括:步驟一，基于航空燃料的歷史經(jīng)驗數(shù)據(jù)和航空發(fā)動機的結(jié)構(gòu)特征，獲取與發(fā)動機系統(tǒng)安全性相關(guān)的關(guān)鍵安全參數(shù)，并基于關(guān)鍵安全參數(shù)得到發(fā)動機系統(tǒng)的關(guān)鍵安全參數(shù)空間，其中，所述關(guān)鍵安全參數(shù)包括發(fā)動機級關(guān)鍵安全參數(shù)和部件級關(guān)鍵安全參數(shù)；步驟二，利用航空燃料的歷史經(jīng)驗數(shù)據(jù)，基于所述步驟一中獲取的發(fā)動機系統(tǒng)關(guān)鍵安全參數(shù)空間，獲取發(fā)動機系統(tǒng)關(guān)鍵安全參數(shù)空間的安全工作區(qū)域，并在此過程中，確定所建立的從航空燃料到發(fā)動機系統(tǒng)關(guān)鍵安全參數(shù)空間的映射關(guān)系，其中，所述映射關(guān)系包括航空燃料的組成空間和基礎(chǔ)理化特性的映射關(guān)系、航空燃料的基礎(chǔ)理化特性與燃燒室部件性能的映射關(guān)系、以及燃燒室部件性能與航空燃料的發(fā)動機系統(tǒng)關(guān)鍵安全參數(shù)的映射關(guān)系；步驟三，利用所建立的從航空燃料到發(fā)動機系統(tǒng)關(guān)鍵安全參數(shù)空間的映射關(guān)系，獲取使用替代燃料的發(fā)動機系統(tǒng)關(guān)鍵安全參數(shù)空間的工作區(qū)域，基于所述步驟二中所得到的航空燃料的發(fā)動機系統(tǒng)關(guān)鍵安全參數(shù)空間的安全工作區(qū)域?qū)μ娲剂线M行安全性判定。
[0011]在一個實施例中，在所述步驟二中，進一步包括:
[0012]建立所述航空燃料的組成空間和基礎(chǔ)理化特性的數(shù)據(jù)庫和映射關(guān)系；
[0013]基于所述航空燃料的基礎(chǔ)理化特性和組成空間的數(shù)據(jù)庫對所述航空燃料的基礎(chǔ)燃燒性能數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計、測試，并建立基于所述航空燃料的組成空間的理化特性數(shù)值的數(shù)值模擬模型；
[0014]根據(jù)現(xiàn)役航空發(fā)動機的燃燒室結(jié)構(gòu)，采用相似準則提煉標(biāo)準縮比燃燒室，基于所述標(biāo)準縮比燃燒室建立三維瞬態(tài)燃燒室模型，以所述航空燃料的基礎(chǔ)燃燒性能數(shù)據(jù)和所述航空燃料的數(shù)值模擬模型中的基礎(chǔ)理化數(shù)值為輸入，燃燒室部件性能參數(shù)為輸出，然后通過標(biāo)準燃燒室試驗數(shù)據(jù)以校正所建立的三維瞬態(tài)燃燒模型；
[0015]根據(jù)現(xiàn)役航空發(fā)動機的結(jié)構(gòu)，采用相似準則縮比得到標(biāo)準縮比發(fā)動機，然后，根據(jù)使用航空燃料建立的發(fā)動機一體化模型為基礎(chǔ)，用標(biāo)準縮比發(fā)動機建立標(biāo)準發(fā)動機一體化模型，通過標(biāo)準發(fā)動機試驗和航空發(fā)動機一體化模型仿真的數(shù)據(jù)以校正所建立的標(biāo)準發(fā)動機一體化模型，其中，所述標(biāo)準發(fā)動機一體化模型為:包括所述三維瞬態(tài)燃燒室模型的一次流空氣系統(tǒng)、以及二次流空氣系統(tǒng)瞬態(tài)耦合的發(fā)動機模型；
[0016]利用所述標(biāo)準發(fā)動機一體化模型及所述航空燃料的歷史經(jīng)驗數(shù)據(jù)獲取發(fā)動機系統(tǒng)關(guān)鍵安全參數(shù)空間的安全工作區(qū)域，并校正從航空燃料到發(fā)動機系統(tǒng)關(guān)鍵安全參數(shù)空間的映射關(guān)系。
[0017]在一個實施例中，在所述步驟三中，通過以下步驟獲取使用替代燃料的發(fā)動機系統(tǒng)關(guān)鍵安全參數(shù)空間的工作區(qū)域:
[0018]根據(jù)步驟二所建立的航空燃料的組成空間與基礎(chǔ)理化特性的映射關(guān)系，獲得替代燃料的基礎(chǔ)理化特性；
[0019]根據(jù)步驟二所建立的三維瞬態(tài)燃燒模型，以所述替代燃料的基礎(chǔ)燃燒性能數(shù)據(jù)和所述替代燃料的數(shù)值模擬模型中的基礎(chǔ)理化數(shù)值為輸入，燃燒室部件性能參數(shù)為輸出，獲得滿足標(biāo)準發(fā)動機一體化模型輸入條件的性能參數(shù)；
[0020]利用三維瞬態(tài)燃燒模型輸出的燃燒室部件性能參數(shù)數(shù)據(jù)，基于所述步驟二建立的標(biāo)準發(fā)動機一體化模型，獲取所述替代燃料發(fā)動機系統(tǒng)關(guān)鍵安全參數(shù)空間的工作區(qū)域。[0021]在一個實施例中，在利用所述標(biāo)準發(fā)動機一體化模型及所述航空燃料的歷史經(jīng)驗數(shù)據(jù)獲取發(fā)動機系統(tǒng)關(guān)鍵安全參數(shù)空間的安全工作區(qū)域的步驟中，進一步包括:
[0022]利用所述標(biāo)準發(fā)動機一體化模型及所述航空燃料的歷史經(jīng)驗數(shù)據(jù)獲取發(fā)動機系統(tǒng)關(guān)鍵安全參數(shù)空間的安全工作邊界；
[0023]對所述發(fā)動機系統(tǒng)關(guān)鍵安全參數(shù)空間的安全工作邊界進行全局敏感性分析，將所述安全工作邊界劃分為:依賴燃料且依賴發(fā)動機的安全邊界、依賴燃料且不依賴發(fā)動機的安全邊界、以及不依賴燃料且依賴發(fā)動機的安全邊界。
[0024]在一個實施例中，在所述步驟三中，通過以下步驟對替代燃料進行安全性判定:
[0025]將所述發(fā)動機系統(tǒng)關(guān)鍵安全參數(shù)空間的安全工作區(qū)域和使用替代燃料的發(fā)動機系統(tǒng)關(guān)鍵安全參數(shù)空間的工作區(qū)域進行對比；
[0026]若所述發(fā)動機系統(tǒng)關(guān)鍵安全參數(shù)空間的安全工作區(qū)域覆蓋使用替代燃料的發(fā)動機系統(tǒng)關(guān)鍵安全參數(shù)空間的工作區(qū)域，則判定該替代燃料滿足發(fā)動機的安全性需要，否則，判定該替代燃料不滿足發(fā)動機的安全性需要。
[0027]在一個實施例中，還包括:在替代燃料滿足發(fā)動機的安全性需要時，還進行與發(fā)動機和/或航空器有關(guān)的其他必要附加測試。
[0028]在一個實施例中，還包括:在替代燃料不滿足發(fā)動機的安全性需要時，通過以下步驟對所述替代燃料進行改進:分析發(fā)動機關(guān)鍵安全參數(shù)對該替代燃料的燃料理化特性的安全敏感程度；利用分析得到的結(jié)果，基于原料、工藝和燃料系統(tǒng)設(shè)計操縱安全敏感性高的理化特性以改進燃料安全性水平。
[0029]在一個實施例中，還包括:利用分析得到的結(jié)果，基于原料、工藝和燃料系統(tǒng)設(shè)計操縱安全敏感性低的理化特性以降低精制成本。
[0030]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，還提供了一種替代燃料在航空發(fā)動機中安全性的認證系統(tǒng)，包括:
[0031]安全參數(shù)空間確定模塊，其基于航空燃料的歷史經(jīng)驗數(shù)據(jù)和航空發(fā)動機的結(jié)構(gòu)特征，獲取與發(fā)動機系統(tǒng)安全性相關(guān)的關(guān)鍵安全參數(shù)，并基于關(guān)鍵安全參數(shù)得到發(fā)動機系統(tǒng)的關(guān)鍵安全參數(shù)空間，其中，所述關(guān)鍵安全參數(shù)包括發(fā)動機級關(guān)鍵安全參數(shù)和部件級關(guān)鍵安全參數(shù)；
[0032]發(fā)動機安全區(qū)域獲取模塊，其利用航空燃料的歷史經(jīng)驗數(shù)據(jù)，基于所獲取的發(fā)動機系統(tǒng)關(guān)鍵安全參數(shù)空間，獲取發(fā)動機系統(tǒng)關(guān)鍵安全參數(shù)空間的安全工作區(qū)域，并在此過程中，確定所建立的從航空燃料到發(fā)動機系統(tǒng)關(guān)鍵安全參數(shù)空間的映射關(guān)系，其中，所述映射關(guān)系包括航空燃料的組成空間和基礎(chǔ)理化特性的映射關(guān)系、航空燃料的基礎(chǔ)理化特性與燃燒室部件性能的映射關(guān)系、以及燃燒室部件性能與航空燃料的發(fā)動機系統(tǒng)關(guān)鍵安全參數(shù)的映射關(guān)系；
[0033]替代燃料工作區(qū)域獲取模塊，其利用所建立的從航空燃料到發(fā)動機系統(tǒng)關(guān)鍵安全參數(shù)空間的映射關(guān)系，獲取使用替代燃料的發(fā)動機系統(tǒng)關(guān)鍵安全參數(shù)空間的工作區(qū)域；
[0034]安全性判定模塊，其基于所得到的航空燃料的發(fā)動機系統(tǒng)關(guān)鍵安全參數(shù)空間的安全工作區(qū)域?qū)μ娲剂线M行安全性判定。
[0035]在一個實施例中，所述發(fā)動機安全區(qū)域獲取模塊進一步包括:
[0036]數(shù)據(jù)建立單元，其建立所述航空燃料的基礎(chǔ)理化特性和組成空間的數(shù)據(jù)庫和映射關(guān)系;
[0037]數(shù)值模擬模型建立單元，其基于所述航空燃料的基礎(chǔ)理化特性和組成空間的數(shù)據(jù)庫對所述航空燃料的基礎(chǔ)燃燒性能數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計、測試，并建立基于所述航空燃料的組成空間的理化特性數(shù)值的數(shù)值模擬模型；
[0038]三維瞬態(tài)燃燒模型建立單元，其根據(jù)現(xiàn)役航空發(fā)動機的燃燒室結(jié)構(gòu)，采用相似準則提煉標(biāo)準縮比燃燒室，基于所述標(biāo)準縮比燃燒室建立三維瞬態(tài)燃燒室模型，以所述航空燃料的基礎(chǔ)燃燒性能數(shù)據(jù)和所述航空燃料的數(shù)值模擬模型中的基礎(chǔ)理化數(shù)值為輸入，燃燒室部件性能參數(shù)為輸出，然后通過標(biāo)準燃燒室試驗數(shù)據(jù)以校正所建立的三維瞬態(tài)燃燒模型；
[0039]標(biāo)準發(fā)動機一體化模型建立單元，其根據(jù)現(xiàn)役航空發(fā)動機的結(jié)構(gòu)，采用相似準則縮比得到標(biāo)準縮比發(fā)動機，然后，根據(jù)使用航空燃料建立的發(fā)動機一體化模型為基礎(chǔ)，用標(biāo)準縮比發(fā)動機建立標(biāo)準發(fā)動機一體化模型，通過標(biāo)準發(fā)動機試驗和航空發(fā)動機一體化模型仿真的數(shù)據(jù)以校正所建立的標(biāo)準發(fā)動機一體化模型，其中，所述標(biāo)準發(fā)動機一體化模型為:包括所述三維瞬態(tài)燃燒室模型的一次流空氣系統(tǒng)、以及二次流空氣系統(tǒng)瞬態(tài)耦合的發(fā)動機模型；
[0040]安全區(qū)域獲取單元，其利用所述標(biāo)準發(fā)動機一體化模型及所述航空燃料的歷史經(jīng)驗數(shù)據(jù)獲取發(fā)動機系統(tǒng)關(guān)鍵安全參數(shù)空間的安全工作區(qū)域，并校對從航空燃料到發(fā)動機系統(tǒng)關(guān)鍵安全參數(shù)空間的映射關(guān)系。
[0041]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的一個或多個實施例可以具有如下優(yōu)點:
[0042]本發(fā)明所提出的一種替代燃料在航空發(fā)動機中安全性的認證方法，該方法在航空替代燃料的安全性認證過程，在降低認證流程燃料成本和時間成本的基礎(chǔ)上，提供測試條件及驗收準則。此外，本發(fā)明還將為生物燃料制備技術(shù)及其與航空發(fā)動機安全性之間提供耦合技術(shù)方法，以指導(dǎo)航空替代燃料生產(chǎn)，降低燃料制造成本。
[0043]本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點將在隨后的說明書中闡述，并且，部分地從說明書中變得顯而易見，或者通過實施本發(fā)明而了解。本發(fā)明的目的和其他優(yōu)點可通過在說明書、權(quán)利要求書以及附圖中所特別指出的結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)和獲得。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0044]附圖用來提供對本發(fā)明的進一步理解，并且構(gòu)成說明書的一部分，與本發(fā)明的實施例共同用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對本發(fā)明的限制。在附圖中:
[0045]圖1是根據(jù)本發(fā)明一實施例的替代燃料在航空發(fā)動機中安全性的認證方法的流程不意圖；
[0046]圖2是用于說明圖1所示認證方法的各個步驟的說明框圖；
[0047]圖3是根據(jù)本發(fā)明另一實施例的替代燃料在航空發(fā)動機中安全性的認證系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0048]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，以下結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步地詳細說明。[0049]需要說明的是，本發(fā)明的目的在于提出一種用于評價航空替代燃料發(fā)動機安全性的評價方法。通過建立發(fā)動機系統(tǒng)安全性評估方法，從例如傳統(tǒng)航空煤油中獲取得到評價燃料安全性能的驗收準則，并以此預(yù)測替代燃料在航空發(fā)動機中的安全性及適用性。本發(fā)明將提出一種基于三維瞬變?nèi)紵Ｐ偷陌l(fā)動機整機數(shù)值模型，此數(shù)值模型一方面用于在大量航空煤油運行經(jīng)驗基礎(chǔ)上提煉發(fā)動機安全工作邊界，形成燃料安全性判定準則；另一方面可應(yīng)用于對替代燃料航空發(fā)動機安全性進行分析，并與用于整機測試的標(biāo)準發(fā)動機相匹配。進而，根據(jù)航空發(fā)動機一體化模型進行安全敏感性分析及替代燃料性能特點，建立替代燃料生產(chǎn)和分配優(yōu)化方法。
[0050]第一實施例
[0051]圖1是根據(jù)本發(fā)明第一實施例的替代燃料在航空發(fā)動機中安全性的認證方法的流程示意圖，圖2是根據(jù)本發(fā)明第一實施例的替代燃料在航空發(fā)動機中安全性的認證方法中各個步驟詳細說明框圖。
[0052]如圖1所示，該認證方法包括以下幾個步驟。
[0053]步驟S110，基于航空燃料的歷史經(jīng)驗數(shù)據(jù)和航空發(fā)動機的結(jié)構(gòu)特征，獲取與發(fā)動機系統(tǒng)安全性相關(guān)的關(guān)鍵安全參數(shù)，并基于關(guān)鍵安全參數(shù)得到發(fā)動機系統(tǒng)的關(guān)鍵安全參數(shù)空間(如圖2中的標(biāo)號10所示)。
[0054]在本實施例中，航空燃料優(yōu)選為航空煤油，然而，容易理解，不限于航空煤油，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)實際需要，采用其他適用于航空飛行的燃料來提煉發(fā)動機的關(guān)鍵安全參數(shù)，在此不--舉例。
[0055]如圖2的標(biāo)號10所示，首先基于有關(guān)系統(tǒng)安全性評估和專家經(jīng)驗的數(shù)據(jù)文件得到發(fā)動機關(guān)鍵安全(以下簡稱SCPs)參數(shù)辨識。其中，該SCPs參數(shù)包括發(fā)動機級辨識和部件級辨識。發(fā)動機級SCPs參數(shù)包括`但不僅限于:推力響應(yīng)、壓氣機喘振裕度、二次流空氣系統(tǒng)的總引氣比、最大壓力、排氣溫度(EGT)和轉(zhuǎn)子軸向力等。部件級SCPs參數(shù)包括但不僅限于:高壓渦輪盤(例如轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速、渦輪進口溫度分布、高壓渦輪盤腔冷卻空氣進口雷諾數(shù)和進口溫度等)；燃燒室部件驗證測試(例如燃油系統(tǒng)的燃油控制、燃油泵、燃油噴嘴以及燃燒室冷啟動性能，貧油熄火邊界、高空再起動性能、渦輪前溫度分布、燃燒效率、積碳路徑、排放物含量測和高空啟動輔助動力裝置)。
[0056]另外，發(fā)動機使用安全性的空間集合包括在整個飛行包線內(nèi)三個維度的發(fā)動機級(部件級)關(guān)鍵安全參數(shù):發(fā)動機運行階段、環(huán)境和應(yīng)急。因此，可以通過基于統(tǒng)計數(shù)據(jù)和專家經(jīng)驗的后果評估，識別各發(fā)動機級(部件級)工作參數(shù)在不同發(fā)動機運行階段、不同環(huán)境和應(yīng)急構(gòu)型下對發(fā)動機安全性的影響，并根據(jù)適航規(guī)章中(例如CCAR33.75)對發(fā)動機后果嚴重性的相應(yīng)要求確定發(fā)動機關(guān)鍵安全參數(shù)集合，進而得到發(fā)動機系統(tǒng)的關(guān)鍵安全參數(shù)空間。
[0057]步驟S120，利用航空煤油的歷史經(jīng)驗數(shù)據(jù)，基于步驟SllO獲取的發(fā)動機系統(tǒng)關(guān)鍵安全參數(shù)空間，獲取發(fā)動機系統(tǒng)關(guān)鍵安全參數(shù)空間的安全工作區(qū)域，并在此過程中，確定所建立的從航空煤油到發(fā)動機系統(tǒng)關(guān)鍵安全參數(shù)空間的映射關(guān)系。
[0058]其中，在本實施例中，映射關(guān)系包括航空燃料(例如航空煤油)組成空間與基礎(chǔ)理化特性的映射關(guān)系、航空燃料的基礎(chǔ)理化特性與燃燒室部件性能的映射關(guān)系、以及燃燒室部件性能與航空燃料的發(fā)動機系統(tǒng)關(guān)鍵安全參數(shù)的映射關(guān)系。[0059]本步驟的目的是利用大量航空煤油的實際運行經(jīng)驗提煉發(fā)動機系統(tǒng)的關(guān)鍵安全參數(shù)空間的安全邊界，使之成為替代燃料航空發(fā)動機安全性的判定準則。
[0060]具體地，需要對關(guān)鍵安全參數(shù)空間的安全邊界進行全局敏感性分析，將航空發(fā)動機關(guān)鍵安全參數(shù)空間(發(fā)動機級及部件級)的操作安全邊界分為:依賴燃料和依賴發(fā)動機的安全邊界、依賴燃料而不依賴發(fā)動機的安全邊界、不依賴燃料而依賴發(fā)動機的安全邊界。對于依賴燃料和依賴發(fā)動機的安全邊界，在進行理化性能測試后，還需要進行標(biāo)準燃燒室測試和標(biāo)準發(fā)動機測試，通過燃燒模型和發(fā)動機一體化模型分析其最敏感區(qū)域的運行條件，從而確定測試依賴發(fā)動機的關(guān)鍵安全參數(shù)的測試條件，在此條件下驗證替代燃料性能對發(fā)動機安全性的影響。對于依賴燃料而不依賴發(fā)動機的安全邊界，可只進行替代燃料的理化性能測試。由于是針對燃料對發(fā)動機安全性的影響，故對于不依賴燃料而依賴發(fā)動機的安全邊界就可以不需要進行任何測試。
[0061]請參考圖2所示的標(biāo)號20，該步驟具體包括以下幾個子步驟:
[0062](I)建立航空煤油組成及燃料理化特性的數(shù)據(jù)庫和映射關(guān)系:通過統(tǒng)計數(shù)據(jù)和理化特性測試的歷史數(shù)據(jù)統(tǒng)計獲得組成及燃料理化特性的數(shù)據(jù)庫，對航空燃料的基礎(chǔ)燃燒性能數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計、測試，并建立基于航空燃料的組成空間且滿足燃燒數(shù)值模擬輸入精度要求的理化特性數(shù)值的數(shù)值模擬模型。
[0063](2)對航空煤油的基礎(chǔ)燃燒性能數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計及測試:利用通過基礎(chǔ)燃燒試驗所得的歷史數(shù)據(jù)統(tǒng)計獲得燃料基礎(chǔ)燃燒性能工作區(qū)間，并建立燃料理化特性空間與燃料基礎(chǔ)燃燒性能工作區(qū)間的映射關(guān)系。其中，燃料基礎(chǔ)燃燒性能包括但不限于:點火性能、著火熄火邊界、火焰?zhèn)鞑ニ俣鹊取?br> [0064](3)基于基礎(chǔ)理化特性建立三維瞬態(tài)燃燒室模型:根據(jù)現(xiàn)役航空發(fā)動機的燃燒室結(jié)構(gòu)，采用相似準則提煉標(biāo)準縮比(小型)燃燒室?；跇?biāo)準縮比燃燒室建立三維瞬態(tài)燃燒室模型，以航空煤油的基礎(chǔ)理化數(shù)值和基礎(chǔ)燃燒性能數(shù)據(jù)為輸入，燃燒室部件性能參數(shù)為輸出，然后通過標(biāo)準燃燒室試驗數(shù)據(jù)以校正所建立的三維瞬態(tài)燃燒模型。
[0065]需要說明的是，該模型的精度要求在整個發(fā)動機飛行剖面中對發(fā)動機關(guān)鍵安全參數(shù)模擬中應(yīng)達到足夠精度。
[0066](4)基于三維瞬態(tài)燃燒模型建立包含三維瞬態(tài)燃燒室模型的標(biāo)準發(fā)動機一體化模型:根據(jù)現(xiàn)役發(fā)動機結(jié)構(gòu)，采用相似準則從真實發(fā)動機抽象縮比得到標(biāo)準縮比發(fā)動機，其中，相似準則參數(shù)包括但不限于:換算轉(zhuǎn)速、幾何參數(shù)、努賽爾數(shù)等。然后，根據(jù)使用航空煤油建立的發(fā)動機一體化模型為基礎(chǔ)，用標(biāo)準縮比發(fā)動機建立標(biāo)準發(fā)動機一體化模型。標(biāo)準發(fā)動機一體化模型是一次流與二次流空氣系統(tǒng)瞬態(tài)耦合的發(fā)動機模型，具有多尺度部件模型與多維度部件模型并存的特點。
[0067]該標(biāo)準發(fā)動機一體化模型將一次流空氣系統(tǒng)(包括三維瞬態(tài)燃燒室模型)與二次流空氣系統(tǒng)瞬態(tài)控制方程組耦合，為獲取發(fā)動機瞬態(tài)共同工作點。控制方程主要包括但不限于部件內(nèi)及部件間流量平衡、部件內(nèi)及部件間功率平衡、部件內(nèi)流動工質(zhì)動量守恒、轉(zhuǎn)子角動量守恒等。
[0068]需要說明的是，除了燃燒室模型是三維瞬態(tài)模型外，其余燃燒室部件模型均為零維瞬態(tài)模型，與燃燒室相鄰部件的零維瞬態(tài)模型(包括高壓壓氣機及高壓渦輪)與燃燒室三維瞬態(tài)模型交互時需將交互數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)縮放(通過數(shù)據(jù)縮放模型完成維度放大與維度縮減)。
[0069]并且，該標(biāo)準發(fā)動機一體化模型需要經(jīng)過瞬態(tài)燃燒室試驗和標(biāo)準縮比發(fā)動機試驗的數(shù)據(jù)標(biāo)定(校對)，進行燃料理化特性對發(fā)動機關(guān)鍵安全參數(shù)影響的分析，并且可以捕捉燃燒室和發(fā)動機其余部件的詳細瞬態(tài)交互。
[0070]步驟(3)和步驟(4)提供了縮小化的標(biāo)準燃燒室和標(biāo)準發(fā)動機，從而縮減了替代燃料的測試成本。
[0071](5)判定準則和測試條件的提取:通過標(biāo)準發(fā)動機一體化模型及大量航空煤油運行實際統(tǒng)計數(shù)據(jù)得到發(fā)動機關(guān)鍵安全參數(shù)空間的安全操作區(qū)間，即發(fā)動機安全邊界與安全裕度，從而成為航空發(fā)動機安全性判定準則，并校正從航空燃料到發(fā)動機關(guān)鍵安全參數(shù)空間的映射關(guān)系。該步驟為替代燃料的發(fā)動機安全性提供了判定準則。
[0072]把關(guān)鍵安全參數(shù)空間的安全邊界和安全裕度作為目標(biāo)，把燃料理化特性作為變量，進行全局敏感性分析，將航空發(fā)動機關(guān)鍵安全參數(shù)空間(發(fā)動機級及部件級)的操作安全邊界分為依賴燃料和依賴發(fā)動機的安全邊界、依賴燃料而不依賴發(fā)動機的安全邊界以及不依賴燃料而依賴發(fā)動機的安全邊界。對于依賴燃料和依賴發(fā)動機的安全邊界，例如熱值或粘度，分析其最敏感區(qū)域的發(fā)動機運行條件，從而確定測試依賴發(fā)動機關(guān)鍵安全參數(shù)的測試條件。依賴燃料而不依賴發(fā)動機的安全邊界，可直接通過理化性能測試來確定，例如:冰點。
[0073]步驟S130，利用步驟S120所建立的所建立的從航空燃料到發(fā)動機系統(tǒng)關(guān)鍵安全參數(shù)空間的映射關(guān)系，獲取使用替代燃料的發(fā)動機系統(tǒng)關(guān)鍵安全參數(shù)空間的工作區(qū)域，基于步驟S120所得到的發(fā)動機系統(tǒng)關(guān)鍵安全參數(shù)空間的安全工作區(qū)域?qū)μ娲剂线M行安全性判定。
[0074]具體地，首先需要獲取使用替代燃料的發(fā)動機關(guān)鍵安全參數(shù)的工作區(qū)域，請參考圖2的標(biāo)號30，該步驟與步驟S120的步驟大體相同，只是將涉及航空煤油的數(shù)據(jù)替換為關(guān)于替代燃料的數(shù)據(jù)。該步驟通過在步驟S120的第5步中輸入替代燃料的理化數(shù)據(jù)和組分數(shù)據(jù)，從而得到使用替代燃料的發(fā)動機關(guān)鍵安全參數(shù)的工作區(qū)域。
[0075]更具體地，首先，根據(jù)步驟S120所建立的從航空燃料到發(fā)動機系統(tǒng)關(guān)鍵安全參數(shù)空間的映射關(guān)系，獲得替代燃料的基礎(chǔ)理化特性。然后，根據(jù)步驟S120所建立的三維瞬態(tài)燃燒模型，以替代燃料的基礎(chǔ)燃燒性能數(shù)據(jù)和替代燃料的數(shù)值模擬模型中的基礎(chǔ)理化數(shù)值為輸入，燃燒室部件性能參數(shù)為輸出，獲得滿足標(biāo)準發(fā)動機一體化模型輸入條件的性能參數(shù)。最后，利用三維瞬態(tài)燃燒模型輸出的燃燒室部件性能參數(shù)數(shù)據(jù)，基于步驟S120建立的標(biāo)準發(fā)動機一體化模型，獲取替代燃料發(fā)動機系統(tǒng)關(guān)鍵安全參數(shù)空間的工作區(qū)域。
[0076]需要說明的是，對于依賴發(fā)動機和依賴燃料的關(guān)鍵安全參數(shù)，需要附加縮小化的標(biāo)準部件測試及縮小化的發(fā)動機測試，例如表征燃料性能的理化指標(biāo)熱值、粘度、表面張力、密度，其理化數(shù)值即使在理化標(biāo)準規(guī)定的范圍內(nèi)，但其耦合之后對點火、熄火邊界、燃燒室溫度場分布都有影響，從而影響發(fā)動機安全性和動力性能。由于點火、熄火邊界、燃燒室溫度場還與燃燒室和發(fā)動機耦合相關(guān)，故需要附加縮小化標(biāo)準部件測試及縮小化發(fā)動機測試。對于不依賴發(fā)動機僅依賴燃料的關(guān)鍵安全邊界，可直接通過理化測試進行判定，例如理化指標(biāo)冰點，其表征的是油的物理形態(tài)，其只要在高空低溫條件下保持流動狀態(tài)，及冰點低于_47°C，就不影響燃燒性能及相應(yīng)發(fā)動機性能的變化。故就不需要進行發(fā)動機性能測試。然后，將使用航空煤油的航空發(fā)動機系統(tǒng)關(guān)鍵安全參數(shù)空間的安全工作區(qū)域和使用替代燃料的發(fā)動機系統(tǒng)關(guān)鍵安全參數(shù)空間的工作區(qū)域進行對比，根據(jù)這兩個區(qū)域的覆蓋關(guān)系從而判斷替代燃料是否滿足發(fā)動機的安全性要求。
[0077]如圖2所示的標(biāo)號40，在使用航空煤油的航空發(fā)動機系統(tǒng)關(guān)鍵安全參數(shù)空間的安全工作區(qū)域覆蓋使用替代燃料的發(fā)動機系統(tǒng)關(guān)鍵安全參數(shù)空間的工作區(qū)域時，則該替代燃料通過安全性測試。另外，對于測試與發(fā)動機和飛機有關(guān)的其他測試，還需要進行其他的必要附加認證測試，然后進行TSO認證等，例如高空點火性能、推力響應(yīng)等。若未覆蓋，則對該替代燃料進行改進，也就是進行關(guān)鍵安全參數(shù)對替代燃料理化特性的敏感性分析，然后基于敏感性分析改進航空替代燃料的理化特性。
[0078]由于在本實施例中提供了替代燃料改進的方法，這樣能夠降低替代燃料的生產(chǎn)成本。替代燃料的改進有兩層含義，分別是安全水平的提高和精制成本的縮減。為了改進替代燃料，如上所述，應(yīng)先基于航空發(fā)動機一體化模型進行全局敏感性分析，分析發(fā)動機關(guān)鍵安全參數(shù)對替代燃料的燃料理化特性的敏感程度。一方面，利用全局敏感性分析結(jié)果，通過原料、工藝和燃料系統(tǒng)設(shè)計操縱安全敏感性高的理化特性以改進燃料安全性水平。另一方面，利用全局敏感性分析結(jié)果，通過原料、工藝和燃料系統(tǒng)設(shè)計操縱安全敏感性低的理化特性以降低精制成本。這種縮減成本的做法產(chǎn)生的安全性影響可忽略。
[0079]為了進一步理解本發(fā)明的認證過程和特點，下面具體說明幾個示例。
[0080]示例 I
[0081]以下是針對費托航空燃料在航空發(fā)動機中安全性的認證流程，下面邊參考圖2邊說明安全性認證過程。
[0082]1、建立航空煤油的基礎(chǔ)理化特性及組成空間數(shù)據(jù)庫，通過收集、統(tǒng)計、離散分析大量航空煤油的基礎(chǔ)理化特性及組成空間，建立航空煤油的基礎(chǔ)理化特性及組成空間數(shù)據(jù)庫。
[0083]2、將航空煤油的基礎(chǔ)理化測試數(shù)據(jù)空間帶入標(biāo)準燃燒室模型，將輸出的燃燒室性能參數(shù)帶入一體化模型，得到發(fā)動機關(guān)鍵安全參數(shù)群的安全操作區(qū)間。把關(guān)鍵安全參數(shù)群的安全邊界和裕度作為目標(biāo)，把燃料基礎(chǔ)理化特性作為變量，進行全局敏感性分析，將航空發(fā)動機關(guān)鍵安全參數(shù)空間(發(fā)動機級及部件級)的操作安全邊界分為依賴燃料和依賴發(fā)動機的安全邊界、依賴燃料而不依賴發(fā)動機的安全邊界、不依賴燃料而依賴發(fā)動機的安全邊界。對于依賴燃料和依賴發(fā)動機的安全邊界，分析其最敏感區(qū)域的發(fā)動機運行條件，從而確定測試依賴發(fā)動機關(guān)鍵安全參數(shù)的測試條件。對于依賴發(fā)動機依賴燃料的關(guān)鍵安全參數(shù)，還需要附加縮小化的標(biāo)準部件測試及縮小化的發(fā)動機測試；依賴燃料而不依賴發(fā)動機的安全邊界，可直接通過理化性能測試來確定。
[0084]3、將費托航空油的基礎(chǔ)理化測試數(shù)據(jù)空間帶入標(biāo)準燃燒室模型，將輸出的燃燒室性能參數(shù)帶入一體化模型，得到發(fā)動機關(guān)鍵安全參數(shù)群的安全操作區(qū)間。把關(guān)鍵安全參數(shù)群的安全邊界和裕度作為目標(biāo)，把燃料基礎(chǔ)理化特性作為變量，進行全局敏感性分析，將航空發(fā)動機關(guān)鍵安全參數(shù)空間(發(fā)動機級及部件級)的操作安全邊界分為依賴燃料和依賴發(fā)動機的安全邊界、依賴燃料而不依賴發(fā)動機的安全邊界、不依賴燃料而依賴發(fā)動機的安全邊界。
[0085]使用航煤的航空發(fā)動機安全邊界和使用費托航空油的發(fā)動機工作區(qū)域進行對比，對比這兩個區(qū)域的覆蓋關(guān)系從而判斷費托航空油是否滿足發(fā)動機的安全性要求。
[0086]示例2
[0087]以下是針對加氫可再生航空煤油在航空發(fā)動機中安全性的認證流程，下面邊參考圖2邊說明安全性認證過程:
[0088]1、建立航空煤油的基礎(chǔ)理化特性及組成空間數(shù)據(jù)庫。通過收集、統(tǒng)計、離散分析大量航空煤油的基礎(chǔ)理化特性及組成空間，建立航空煤油的基礎(chǔ)理化特性及組成空間數(shù)據(jù)庫。
[0089]2、將航空煤油的基礎(chǔ)理化測試數(shù)據(jù)空間帶入標(biāo)準燃燒室模型，將輸出的燃燒室性能參數(shù)帶入一體化模型，得到發(fā)動機關(guān)鍵安全參數(shù)群的安全操作區(qū)間。把關(guān)鍵安全參數(shù)群的安全邊界和裕度作為目標(biāo)，把燃料基礎(chǔ)理化特性作為變量，進行全局敏感性分析，將航空發(fā)動機關(guān)鍵安全參數(shù)空間(發(fā)動機級及部件級)的操作安全邊界分為依賴燃料和依賴發(fā)動機的安全邊界、依賴燃料而不依賴發(fā)動機的安全邊界、不依賴燃料而依賴發(fā)動機的安全邊界。對于依賴燃料和依賴發(fā)動機的安全邊界，分析其最敏感區(qū)域的發(fā)動機運行條件，從而確定測試依賴發(fā)動機關(guān)鍵安全參數(shù)的測試條件。對于依賴發(fā)動機依賴燃料的關(guān)鍵安全參數(shù)，還需要附加縮小化的標(biāo)準部件測試及縮小化的發(fā)動機測試；依賴燃料而不依賴發(fā)動機的安全邊界，可直接通過理化性能測試來確定。
[0090]3、將加氫再生航空煤油的基礎(chǔ)理化測試數(shù)據(jù)空間帶入標(biāo)準燃燒室模型，將輸出的燃燒室性能參數(shù)帶入一體化模型，得到發(fā)動機關(guān)鍵安全參數(shù)群的安全操作區(qū)間。把關(guān)鍵安全參數(shù)群的安全邊界和裕度作為目標(biāo)，把燃料基礎(chǔ)理化特性作為變量，進行全局敏感性分析，將航空發(fā)動機關(guān)鍵安全參數(shù)空間(發(fā)動機級及部件級)的操作安全邊界分為依賴燃料和依賴發(fā)動機的安全邊界、依賴燃料而不依賴發(fā)動機的安全邊界、不依賴燃料而依賴發(fā)動機的安全邊界。
[0091]使用航煤的航空發(fā)動機安全邊界和使用加氫再生航空煤油的發(fā)動機工作區(qū)域進行對比，對比這兩個區(qū)域的覆蓋關(guān)系從而判斷加氫再生航空煤油是否滿足發(fā)動機的安全性要求。
[0092]綜上所述，本發(fā)明所提出的一種替代燃料在航空發(fā)動機中安全性的認證方法，有助于航空替代燃料的認證過程，在降低認證流程燃料成本和時間成本的基礎(chǔ)上，提供測試條件及驗收準則。此外，本發(fā)明還將為生物燃料制備技術(shù)及其與航空發(fā)動機安全性之間提供耦合技術(shù)方法，以指導(dǎo)航空替代燃料生產(chǎn)，降低燃料制造成本。
[0093]第二實施例
[0094]圖3是根據(jù)本發(fā)明另一實施例的替代燃料在航空發(fā)動機中安全性的認證系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖，下面參考圖3，來說明該認證系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能。
[0095]如圖3所示，該認證系統(tǒng)包括安全參數(shù)空間確定模塊31、發(fā)動機安全區(qū)域獲取模塊33、替代燃料工作區(qū)域獲取模塊35、安全性判定模塊32、附加認證模塊37以及燃料改進模塊39。
[0096]其中，安全參數(shù)空間確定模塊31，其基于航空燃料的歷史經(jīng)驗數(shù)據(jù)和航空發(fā)動機的結(jié)構(gòu)特征，獲取與發(fā)動機系統(tǒng)安全性相關(guān)的關(guān)鍵安全參數(shù)，并基于關(guān)鍵安全參數(shù)得到發(fā)動機系統(tǒng)的關(guān)鍵安全參數(shù)空間，其中，關(guān)鍵安全參數(shù)包括發(fā)動機級關(guān)鍵安全參數(shù)和部件級關(guān)鍵安全參數(shù)。[0097]發(fā)動機安全區(qū)域獲取模塊33，其利用航空燃料的歷史經(jīng)驗數(shù)據(jù)，基于所獲取的發(fā)動機系統(tǒng)關(guān)鍵安全參數(shù)空間，獲取發(fā)動機系統(tǒng)關(guān)鍵安全參數(shù)空間的安全工作區(qū)域，并在此過程中，確定所建立的從航空燃料到發(fā)動機系統(tǒng)關(guān)鍵安全參數(shù)空間的映射關(guān)系，其中，所述映射關(guān)系包括航空燃料的組成空間和基礎(chǔ)理化特性的映射關(guān)系、航空燃料的基礎(chǔ)理化特性與燃燒室部件性能的映射關(guān)系、以及燃燒室部件性能與航空燃料的發(fā)動機系統(tǒng)關(guān)鍵安全參數(shù)的映射關(guān)系。
[0098]雖然未在圖中示出，該發(fā)動機安全區(qū)域獲取模塊33進一步包括:
[0099]數(shù)據(jù)建立單元，其建立航空燃料的基礎(chǔ)理化特性和組成空間的數(shù)據(jù)庫和映射關(guān)系O
[0100]數(shù)值模擬模型建立單元，其基于航空燃料的基礎(chǔ)理化特性和組成空間的數(shù)據(jù)庫對航空燃料的基礎(chǔ)燃燒性能數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計、測試，并建立基于航空燃料的組成空間的理化特性數(shù)值的數(shù)值模擬模型。
[0101]三維瞬態(tài)燃燒模型建立單元，其根據(jù)現(xiàn)役航空發(fā)動機的燃燒室結(jié)構(gòu)，采用相似準則提煉標(biāo)準縮比燃燒室，基于標(biāo)準縮比燃燒室建立三維瞬態(tài)燃燒室模型，以航空燃料的基礎(chǔ)燃燒性能數(shù)據(jù)和所述航空燃料的數(shù)值模擬模型中的基礎(chǔ)理化數(shù)值為輸入，燃燒室部件性能參數(shù)為輸出，然后通過標(biāo)準燃燒室試驗數(shù)據(jù)以校正所建立的三維瞬態(tài)燃燒模型。
[0102]標(biāo)準發(fā)動機一體化模型建立單元，其根據(jù)現(xiàn)役航空發(fā)動機的結(jié)構(gòu)，采用相似準則縮比得到標(biāo)準縮比發(fā)動機，然后，根據(jù)使用航空燃料建立的發(fā)動機一體化模型為基礎(chǔ)，用標(biāo)準縮比發(fā)動機建立標(biāo)準發(fā)動機一體化模型，通過標(biāo)準發(fā)動機試驗和航空發(fā)動機一體化模型仿真的數(shù)據(jù)以校正所建立的標(biāo)準發(fā)動機一體化模型，其中，所述標(biāo)準發(fā)動機一體化模型為:包括所述三維瞬態(tài)燃燒室模型的一次流空氣系統(tǒng)、以及二次流空氣系統(tǒng)瞬態(tài)耦合的發(fā)動機模型。
[0103]安全區(qū)域獲取單元，其利用標(biāo)準發(fā)動機一體化模型及航空燃料的歷史經(jīng)驗數(shù)據(jù)獲取發(fā)動機系統(tǒng)關(guān)鍵安全參數(shù)空間的安全工作區(qū)域，并校對從航空燃料到發(fā)動機系統(tǒng)關(guān)鍵安全參數(shù)空間的映射關(guān)系。進一步，該安全區(qū)域獲取單元利用標(biāo)準發(fā)動機一體化模型及航空燃料的歷史經(jīng)驗數(shù)據(jù)獲取發(fā)動機系統(tǒng)關(guān)鍵安全參數(shù)空間的安全工作邊界，然后，對發(fā)動機系統(tǒng)關(guān)鍵安全參數(shù)空間的安全工作邊界進行全局敏感性分析，將安全工作邊界劃分為:依賴燃料且依賴發(fā)動機的安全邊界、依賴燃料且不依賴發(fā)動機的安全邊界、以及不依賴燃料且依賴發(fā)動機的安全邊界。
[0104]替代燃料工作區(qū)域獲取模塊35，其利用所建立的從航空燃料到發(fā)動機系統(tǒng)關(guān)鍵安全參數(shù)空間的映射關(guān)系，獲取使用替代燃料的發(fā)動機系統(tǒng)關(guān)鍵安全參數(shù)空間的工作區(qū)域。該模塊的結(jié)構(gòu)與上述發(fā)動機安全區(qū)域獲取模塊33的結(jié)構(gòu)大體一致，只是其所針對的是替代燃料。
[0105]該替代燃料工作區(qū)域獲取模塊35進一步執(zhí)行以下操作:首先，根據(jù)所建立的航空燃料的組成空間與基礎(chǔ)理化特性的映射關(guān)系，獲得替代燃料的基礎(chǔ)理化特性。然后，根據(jù)所建立的三維瞬態(tài)燃燒模型，以替代燃料的基礎(chǔ)燃燒性能數(shù)據(jù)和替代燃料的數(shù)值模擬模型中的基礎(chǔ)理化數(shù)值為輸入，燃燒室部件性能參數(shù)為輸出，獲得滿足標(biāo)準發(fā)動機一體化模型輸入條件的性能參數(shù)。最后，利用三維瞬態(tài)燃燒模型輸出的燃燒室部件性能參數(shù)數(shù)據(jù)，基于建立的標(biāo)準發(fā)動機一體化模型，獲取替代燃料發(fā)動機系統(tǒng)關(guān)鍵安全參數(shù)空間的工作區(qū)域。[0106]安全性判定模塊32，其基于所得到的航空燃料的發(fā)動機系統(tǒng)關(guān)鍵安全參數(shù)空間的安全工作區(qū)域?qū)μ娲剂线M行安全性判定。
[0107]進一步，安全性判定模塊32將發(fā)動機系統(tǒng)關(guān)鍵安全參數(shù)空間的安全工作區(qū)域和使用替代燃料的發(fā)動機系統(tǒng)關(guān)鍵安全參數(shù)空間的工作區(qū)域進行對比。若發(fā)動機系統(tǒng)關(guān)鍵安全參數(shù)空間的安全工作區(qū)域覆蓋使用替代燃料的發(fā)動機系統(tǒng)關(guān)鍵安全參數(shù)空間的工作區(qū)域，則判定該替代燃料滿足發(fā)動機的安全性需要，否則，判定該替代燃料不滿足發(fā)動機的安全性需要。
[0108]附加認證模塊37，其在替代燃料滿足發(fā)動機的安全性需要時，還進行與發(fā)動機和/或航空器有關(guān)的其他必要附加測試。
[0109]燃料改進模塊39，其在替代燃料不滿足發(fā)動機的安全性需要時，通過以下操作對替代燃料進行改進:分析發(fā)動機關(guān)鍵安全參數(shù)對該替代燃料的燃料理化特性的安全敏感程度；利用分析得到的結(jié)果，基于原料、工藝和燃料系統(tǒng)設(shè)計操縱安全敏感性高的理化特性以改進燃料安全性水平?；蛘?，利用分析得到的結(jié)果，基于原料、工藝和燃料系統(tǒng)設(shè)計操縱安全敏感性低的理化特性以降低精制成本。
[0110]本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該明白，上述的本發(fā)明的各模塊或各步驟可以用通用的計算裝置來實現(xiàn)，它們可以集中在單個的計算裝置上，或者分布在多個計算裝置所組成的網(wǎng)絡(luò)上，可選地，它們可以用計算裝置可執(zhí)行的程序代碼來實現(xiàn)，從而，可以將它們存儲在存儲裝置中由計算裝置來執(zhí)行，或者將它們分別制作成各個集成電路模塊，或者將它們中的多個模塊或步驟制作成單個集成電路模塊來實現(xiàn)。這樣，本發(fā)明不限制于任何特定的硬件和軟件結(jié)合。
[0111]雖然本發(fā)明所揭露的實施方式如上，但所述的內(nèi)容只是為了便于理解本發(fā)明而采用的實施方式，并非用以限定本發(fā)明。任何本發(fā)明所屬【技術(shù)領(lǐng)域】內(nèi)的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明所揭露的精神和范圍的前提下，可以在實施的形式上及細節(jié)上作任何的修改與變化，但本發(fā)明的專利保護范圍，仍須以所附的權(quán)利要求書所界定的范圍為準。
【權(quán)利要求】
1.一種替代燃料在航空發(fā)動機中安全性的認證方法，包括: 步驟一，基于航空燃料的歷史經(jīng)驗數(shù)據(jù)和航空發(fā)動機的結(jié)構(gòu)特征，獲取與發(fā)動機系統(tǒng)安全性相關(guān)的關(guān)鍵安全參數(shù)，并基于關(guān)鍵安全參數(shù)得到發(fā)動機系統(tǒng)的關(guān)鍵安全參數(shù)空間，其中，所述關(guān)鍵安全參數(shù)包括發(fā)動機級關(guān)鍵安全參數(shù)和部件級關(guān)鍵安全參數(shù)； 步驟二，利用航空燃料的歷史經(jīng)驗數(shù)據(jù)，基于所述步驟一中獲取的發(fā)動機系統(tǒng)關(guān)鍵安全參數(shù)空間，獲取發(fā)動機系統(tǒng)關(guān)鍵安全參數(shù)空間的安全工作區(qū)域，并在此過程中，確定所建立的從航空燃料到發(fā)動機系統(tǒng)關(guān)鍵安全參數(shù)空間的映射關(guān)系，其中， 所述映射關(guān)系包括航空燃料的組成空間和基礎(chǔ)理化特性的映射關(guān)系、航空燃料的基礎(chǔ)理化特性與燃燒室部件性能的映射關(guān)系、以及燃燒室部件性能與航空燃料的發(fā)動機系統(tǒng)關(guān)鍵安全參數(shù)的映射關(guān)系； 步驟三，利用所建立的從航空燃料組成到發(fā)動機系統(tǒng)關(guān)鍵安全參數(shù)空間的映射關(guān)系，獲取使用替代燃料的發(fā)動機系統(tǒng)關(guān)鍵安全參數(shù)空間的工作區(qū)域，基于所述步驟二中所得到的航空燃料的發(fā)動機系統(tǒng)關(guān)鍵安全參數(shù)空間的安全工作區(qū)域?qū)μ娲剂线M行安全性判定。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的認證方法，其特征在于，在所述步驟二中，進一步包括: 建立所述航空燃料的組成空間與基礎(chǔ)理化特性的數(shù)據(jù)庫和映射關(guān)系； 基于所述航空燃料的基礎(chǔ)理化特性和組成空間的數(shù)據(jù)庫對所述航空燃料的基礎(chǔ)燃燒性能數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計、測試，并建立基于所述航空燃料的組成空間的理化特性數(shù)值的數(shù)值模擬模型； 根據(jù)現(xiàn)役航空發(fā)動機的燃燒室結(jié)構(gòu)，采用相似準則提煉標(biāo)準縮比燃燒室，基于所述標(biāo)準縮比燃燒室建立三維瞬態(tài)燃燒室模型，以所述航空燃料的基礎(chǔ)燃燒性能數(shù)據(jù)和所述航空燃料的數(shù)值模擬模型中的基礎(chǔ)理化數(shù)值為輸入，燃燒室部件性能參數(shù)為輸出，然后通過標(biāo)準燃燒室試驗數(shù)據(jù)以校正所建立的三維`瞬態(tài)燃燒模型； 根據(jù)現(xiàn)役航空發(fā)動機的結(jié)構(gòu)，采用相似準則縮比得到標(biāo)準縮比發(fā)動機，然后，根據(jù)使用航空燃料建立的發(fā)動機一體化模型為基礎(chǔ)，用標(biāo)準縮比發(fā)動機建立標(biāo)準發(fā)動機一體化模型，通過標(biāo)準發(fā)動機試驗和航空發(fā)動機一體化模型仿真的數(shù)據(jù)以校正所建立的標(biāo)準發(fā)動機一體化模型，其中，所述標(biāo)準發(fā)動機一體化模型為:包括所述三維瞬態(tài)燃燒室模型的一次流空氣系統(tǒng)、以及二次流空氣系統(tǒng)瞬態(tài)耦合的發(fā)動機模型； 利用所述標(biāo)準發(fā)動機一體化模型及所述航空燃料的歷史經(jīng)驗數(shù)據(jù)獲取發(fā)動機系統(tǒng)關(guān)鍵安全參數(shù)空間的安全工作區(qū)域，并校正從航空燃料到發(fā)動機系統(tǒng)關(guān)鍵安全參數(shù)空間的映身寸關(guān)系O
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的認證方法，其特征在于，在所述步驟三中，通過以下步驟獲取使用替代燃料的發(fā)動機系統(tǒng)關(guān)鍵安全參數(shù)空間的工作區(qū)域: 根據(jù)步驟二所建立的航空燃料的基礎(chǔ)理化特性和組成空間的映射關(guān)系，獲得替代燃料的基礎(chǔ)理化特性； 根據(jù)步驟二所建立的三維瞬態(tài)燃燒模型，以所述替代燃料的基礎(chǔ)燃燒性能數(shù)據(jù)和所述替代燃料的數(shù)值模擬模型中的基礎(chǔ)理化數(shù)值為輸入，燃燒室部件性能參數(shù)為輸出，獲得滿足標(biāo)準發(fā)動機一體化模型輸入條件的性能參數(shù)； 利用三維瞬態(tài)燃燒模型輸出的燃燒室部件性能參數(shù)數(shù)據(jù)，基于所述步驟二建立的標(biāo)準發(fā)動機一體化模型，獲取所述替代燃料發(fā)動機系統(tǒng)關(guān)鍵安全參數(shù)空間的工作區(qū)域。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的認證方法，其特征在于，在利用所述標(biāo)準發(fā)動機一體化模型及所述航空燃料的歷史經(jīng)驗數(shù)據(jù)獲取發(fā)動機系統(tǒng)關(guān)鍵安全參數(shù)空間的安全工作區(qū)域的步驟中，進一步包括: 利用所述標(biāo)準發(fā)動機一體化模型及所述航空燃料的歷史經(jīng)驗數(shù)據(jù)獲取發(fā)動機系統(tǒng)關(guān)鍵安全參數(shù)空間的安全工作邊界； 對所述發(fā)動機系統(tǒng)關(guān)鍵安全參數(shù)空間的安全工作邊界進行全局敏感性分析，將所述安全工作邊界劃分為:依賴燃料且依賴發(fā)動機的安全邊界、依賴燃料且不依賴發(fā)動機的安全邊界、以及不依賴燃料且依賴發(fā)動機的安全邊界。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的認證方法，其特征在于，在所述步驟三中，通過以下步驟對替代燃料進行安全性判定: 將所述發(fā)動機系統(tǒng)關(guān)鍵安全參數(shù)空間的安全工作區(qū)域和使用替代燃料的發(fā)動機系統(tǒng)關(guān)鍵安全參數(shù)空間的工作區(qū)域進行對比； 若所述發(fā)動機系統(tǒng)關(guān)鍵安全參數(shù)空間的安全工作區(qū)域覆蓋使用替代燃料的發(fā)動機系統(tǒng)關(guān)鍵安全參數(shù)空間的工作區(qū)域，則判定該替代燃料滿足發(fā)動機的安全性需要，否則，判定該替代燃料不滿足發(fā)動機的安全性需要。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的認證方法，其特征在于，還包括: 在替代燃料滿足發(fā)動機的安全性需要時，還進行與發(fā)動機和/或航空器有關(guān)的其他必要附加測試。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的認證方法，其特征在于，還包括: 在替代燃料不滿足發(fā)動機的安全性需要時，通過以下步驟對所述替代燃料進行改進: 分析發(fā)動機關(guān)鍵安全參數(shù)對該替代燃料的燃料理化特性的安全敏感程度； 利用分析得到的結(jié)果，基于原料、工藝和燃料系統(tǒng)設(shè)計操縱安全敏感性高的理化特性以改進燃料安全性水平。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的認證方法，其特征在于，還包括: 利用分析得到的結(jié)果，基于原料、工藝和燃料系統(tǒng)設(shè)計操縱安全敏感性低的理化特性以降低精制成本。
9.一種替代燃料在航空發(fā)動機中安全性的認證系統(tǒng)，包括: 安全參數(shù)空間確定模塊，其基于航空燃料的歷史經(jīng)驗數(shù)據(jù)和航空發(fā)動機的結(jié)構(gòu)特征，獲取與發(fā)動機系統(tǒng)安全性相關(guān)的關(guān)鍵安全參數(shù)，并基于關(guān)鍵安全參數(shù)得到發(fā)動機系統(tǒng)的關(guān)鍵安全參數(shù)空間，其中，所述關(guān)鍵安全參數(shù)包括發(fā)動機級關(guān)鍵安全參數(shù)和部件級關(guān)鍵安全參數(shù)； 發(fā)動機安全區(qū)域獲取模塊，其利用航空燃料的歷史經(jīng)驗數(shù)據(jù)，基于所獲取的發(fā)動機系統(tǒng)關(guān)鍵安全參數(shù)空間，獲取發(fā)動機系統(tǒng)關(guān)鍵安全參數(shù)空間的安全工作區(qū)域，并在此過程中，確定所建立的從航空燃料到發(fā)動機系統(tǒng)關(guān)鍵安全參數(shù)空間的映射關(guān)系，其中， 所述映射關(guān)系包括航空燃料的組成空間和基礎(chǔ)理化特性的映射關(guān)系、航空燃料的基礎(chǔ)理化特性與燃燒室部件性能的映射關(guān)系、以及燃燒室部件性能與航空燃料的發(fā)動機系統(tǒng)關(guān)鍵安全參數(shù)的映射關(guān)系； 替代燃料工作區(qū)域獲取模塊，其利用所建立的從航空燃料到發(fā)動機系統(tǒng)關(guān)鍵安全參數(shù)空間的映射關(guān)系，獲取使用替代 燃料的發(fā)動機系統(tǒng)關(guān)鍵安全參數(shù)空間的工作區(qū)域；安全性判定模塊，其基于所得到的航空燃料的發(fā)動機系統(tǒng)關(guān)鍵安全參數(shù)空間的安全工作區(qū)域?qū)μ娲剂线M行安全性判定。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的認證系統(tǒng)，其特征在于，所述發(fā)動機安全區(qū)域獲取模塊進一步包括: 數(shù)據(jù)建立單元，其建立所述航空燃料的組成空間與基礎(chǔ)理化特性的數(shù)據(jù)庫和映射關(guān)系; 數(shù)值模擬模型建立單元，其基于所述航空燃料的基礎(chǔ)理化特性和組成空間的數(shù)據(jù)庫對所述航空燃料的基礎(chǔ)燃燒性能數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計、測試，并建立基于所述航空燃料的組成空間的理化特性數(shù)值的數(shù)值模擬模型； 三維瞬態(tài)燃燒模型建立單元，其根據(jù)現(xiàn)役航空發(fā)動機的燃燒室結(jié)構(gòu)，采用相似準則提煉標(biāo)準縮比燃燒室，基于所述標(biāo)準縮比燃燒室建立三維瞬態(tài)燃燒室模型，以所述航空燃料的基礎(chǔ)燃燒性能數(shù)據(jù)和所述航空燃料的數(shù)值模擬模型中的基礎(chǔ)理化數(shù)值為輸入，燃燒室部件性能參數(shù)為輸出，然后通過標(biāo)準燃燒室試驗數(shù)據(jù)以校正所建立的三維瞬態(tài)燃燒模型； 標(biāo)準發(fā)動機一體化模型建立單元，其根據(jù)現(xiàn)役航空發(fā)動機的結(jié)構(gòu)，采用相似準則縮比得到標(biāo)準縮比發(fā)動機，然后，根據(jù)使用航空燃料建立的發(fā)動機一體化模型為基礎(chǔ)，用標(biāo)準縮比發(fā)動機建立標(biāo)準發(fā)動機一體化模型，通過標(biāo)準發(fā)動機試驗和航空發(fā)動機一體化模型仿真的數(shù)據(jù)以校正所建立的標(biāo)準發(fā)動機一體化模型，其中，所述標(biāo)準發(fā)動機一體化模型為:包括所述三維瞬態(tài)燃燒室模型的一次流空氣系統(tǒng)、以及二次流空氣系統(tǒng)瞬態(tài)耦合的發(fā)動機模型； 安全區(qū)域獲取單元，其利用所述標(biāo)準發(fā)動機一體化模型及所述航空燃料的歷史經(jīng)驗數(shù)據(jù)獲取發(fā)動機系統(tǒng)關(guān)鍵安全參數(shù)空間的安全工作區(qū)域，并校對從航空燃料到發(fā)動機系統(tǒng)關(guān)鍵安全參數(shù)空間的映射關(guān)系。`
【文檔編號】G06F19/00GK103823978SQ201410065502
【公開日】2014年5月28日 申請日期:2014年2月25日 優(yōu)先權(quán)日:2014年2月25日
【發(fā)明者】丁水汀, 楊曉奕 申請人:北京航空航天大學(xué)