(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 202210632994.3 (22)申请日 2022.06.06 (71)申请人 上海交通大 学 地址 200030 上海市徐汇区华 山路1954 号 (72)发明人 周登极　黄大文　 (74)专利代理 机构 芜湖格物知识产权代理事务 所(普通合伙) 34223 专利代理师 晋圣智 (51)Int.Cl. G06F 30/15(2020.01) G06F 30/20(2020.01) G06F 17/13(2006.01) G06F 111/08(2020.01) G06F 119/08(2020.01) (54)发明名称 基于热力参数的发动机性能设计方法 (57)摘要 本发明公开了基于热力参数的发动机性能 设计方法， 涉及航空技术领域， 本发明基于发动 机系统的动力学特性， 采用随机分析方法构建面 向不确定性影响的发动机性能稳健设计随机分 析模型， 灵活考虑并分析各种不确定性下发动机 部件热力参数和整机性能参数的随机响应分布 特征， 本发 明解决了传统性能设计方法中不确定 性分析考虑不足或难以考虑、 计算繁琐、 设计成 本高、 运行工况适应性弱、 候选设计空间挖掘不 充分等问题。 权利要求书3页 说明书7页 附图2页 CN 115062411 A 2022.09.16 CN 115062411 A 1.基于热力参数的发动机性能设计方法， 其特 征在于， 包括以下步骤： 步骤一： 根据由风扇、 压气机、 燃烧室、 高压涡轮、 低压涡轮、 尾喷管这些关键部件组成 的航空发动机的转动惯性方程和热力学方程， 构建发动机系统时变非线性动力学方程如 下： 其中， x(t)表示发动机热力参数状态向量； h(t， x)表示发动机系统非线性特性； g(t， x) 表示与发动机状态相关的输入函数； e(t)代表系统输入向量， 由于制造和装配误差、 执行机 构长期运行磨损、 部件性能退化， 导致发动机系统的输入通常存在一定的随机性， 进而导致 系统状态参数存在随机性， 其直接影响发动机系统的工作性能， 在某一稳态下， 状态参数x (t)和系统输入e(t)可表示 为： x＝x0+Δx e＝e0+Δe 其中， Δe为随机输入扰动， Δx为状态参数的随机响应， (x0， e0)为某一工况下的稳定工 作点； 步骤二： 假设h(t， x)和g(t， x)在稳定工作点可微， 在(x0， e0)的邻域U(x0， e0)将h(t， x)和 g(t， x)多 项式展开并代入非线性动力学 方程， 则有： 令 则有： 即 上述方程描述了随机激励Δe下状态参数的随机响应Δx， 系数矩阵A、 B和F描述了发动 机系统的非线性特性； 步骤三： 采用等效线性化方法将非线性随机微分方程转化为等效线性随机微分方程， 对于上述非线性状态空间微分方程， 其第j个 状态变量的线性随机微分方程 为： 其中， Aj和Bj为A和B中的第j行元素， 基于最小均方差系数准则， 等效线性化过程的统计 特征为： 令α ＝[αjk]， 其可通过 上述统计特 征迭代计算得到； 步骤四： 结合随机扰动和随机响应的协方差 定义； 步骤五： 定义随机扰动对热力参数随机响应的影响指标 FAT和FDT； 步骤六： 基于上述分析获得的热力参数的随机响应方差， 采用3σ 准则考虑随机响应方权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 115062411 A 2差对热力参数 取值范围的影响， 建立 性能参数鲁棒优化方法； 步骤七： 基于航空发动机全状态工作特征， 辨识不同工作状态下的稳态工作点， 针对不 同稳态工作点开展步骤1至步骤6的发动机 设计参数鲁棒优化， 获得不同稳态工作状态下的 发动机性能设计参数集； 步骤八： 基于发动机全状态工作特征和不同工作状态下的性能需求分析， 从发动机性 能设计参数集中选取能够满足全状态性能需求的设计参数组， 作为航空发动机全状态性能 设计参数。 2.根据权利要求1所述的基于热力参数的发动机性 能设计方法， 其特征在于， 所述步骤 三中， 进一 步可得到状态参数随机响应统计特 征的线性 微分方程 令Δz＝Δx,w(t)＝Δe, B＝g(t， x0).结合随机激 励的平稳随机样本向量： w(t)＝RS(t), 其中， S(t)为平稳随机样本向量， R为随机样本向量的观察矩阵。 3.根据权利要求2所述的基于热力参数的发动机性 能设计方法， 其特征在于， 上述随机 微分方程可转 化为： 结合随机扰动和随机响应的协方差 定义， 则有： 上述协方差微分方程描述了热力参数随机响应的方差和 协方差， 可用于分析随机扰动 下系统的热力参数和性能参数的随机响应分布特 征。 4.根据权利要求1所述的基于热力参数的发动机性 能设计方法， 其特征在于， 步骤四结 合随机扰动和随机响应的协方差 定义， 则有： 上述协方差微分方程描述了热力参数随机响应的方差和 协方差， 可用于分析随机扰动 下系统的热力参数和性能参数的随机响应的分布特 征。 5.根据权利要求1所述的基于热力参数的发动机性能设计方法， 其特征在于， 步骤五， 定义随机扰动对热力参数随机响应的影响指标 FAT和FDT， 如下： 其中， Var‑Peak表示方差的峰值， FAT为热力参数方差峰值的首次到达时间， FDT为随机 扰动影响的首次持续时间；权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 115062411 A 3