(19)国家知识产权局 (12)发明 专利 (10)授权公告 号 (45)授权公告日 (21)申请 号 202111442555.8 (22)申请日 2021.11.30 (65)同一申请的已公布的文献号 申请公布号 CN 114117803 A (43)申请公布日 2022.03.01 (73)专利权人 中国航发湖南动力机 械研究所 地址 412002 湖南省株洲市芦淞区董家塅 高科园中国航发动研所 (72)发明人 包幼林　张立章　高洁　赵艳云　 李立新　向露宇　 (74)专利代理 机构 北京知联天下知识产权代理 事务所(普通 合伙) 11594 专利代理师 张迎新 (51)Int.Cl. G06F 30/20(2020.01) G06F 30/17(2020.01) F01D 5/06(2006.01) G06F 119/14(2020.01)G06F 119/02(2020.01) (56)对比文件 CN 109033515 A,2018.12.18 CN 113432785 A,2021.09.24 CN 1047472 93 A,2015.07.01 CN 108229084 A,2018.0 6.29 CN 113432784 A,2021.09.24 US 201021242 2 A1,2010.08.26 US 61452 96 A,2000.11.14 崔金辉 等.航空发动机起动过程摩擦阻力 矩计算分析. 《航空发动机》 .2021,第47 卷(第01 期),7-11. 张乘齐 等.低惯量涡轮转子结构设计与优 化. 《燃气试验与研究》 .2013,第26卷(第04期), 33-36、 50. 廖子豪 等.基 于临界与振型相似的涡轴发 动机模拟转子实验台设计方法. 《机 械设计》 .2021,第38卷(第0 6期),45-50. 审查员 刘明惠 (54)发明名称 一种涡轴发动机燃气发生器转子设计方法 和系统 (57)摘要 本发明公开了一种涡轴发动机燃气发生器 转子设计方法和系统， 所述方法包括： 根据燃气 发生器转动惯量评估发动机的起动加速性和可 靠性； 对发动机内部的轮盘强度、 振动和寿命以 及转子的动力特性进行评估； 判断发动机的起动 加速性和可靠性， 燃气发生器转动惯量， 轮盘的 强度、 振动和寿命以及转子的动力特性是否满足 要求； 根据判断结果确认是否完成设计。 本发明 在设计方案时就对发动机的起动加速性和可靠 性进行评估， 避免了在整机试车阶段出现起动加 速性和可靠性不满足要求的情况， 确保研制进 度； 同时在设计时考虑了起动加速性要求， 使得 转子转动惯量受到限制保证轮盘的一些参数裕度会在适 当的范围内， 不会造成裕度储备过大造 成轮盘超重的问题。 权利要求书3页 说明书7页 附图2页 CN 114117803 B 2022.09.16 CN 114117803 B 1.一种涡轴发动机 燃气发生器转子设计方法， 其特 征在于， 所述设计方法包括以下步骤： 根据燃气发生器转动惯量评估所述发动机的起动加速性和可靠性， 评估所述发动机的 起动加速性和可靠性包括评估燃气发生器起动点火时间和到 达慢车的时间是否满足要求； 其中， 燃气发生器起动点火时间按以下步骤获得： 根据目标转速 N和功率P计算得到起动电机的起动扭矩 T； （1） 计算燃气发生器内各转动部件折 算到起动电机轴线上的转动惯量 ；                  （2） 式中， 表示第K个零部件绕自身轴线的转动惯量； 表示第K个零部件的转速； 表示起动电机的转速； 根据所述 起动扭矩 T和起动电机负载惯量 J计算发动机的角加速度 ；                            （3） 其中， ； 根据所述发动机的角加速度 和燃气发生器点火时的转速 计算燃气发生器起动点 火时间 ；                        （4） 式中， ， 其中 为燃气发生器转速从0 至到达起动点火转速时的平均角加速度； 其中， 燃气发生器到 达慢车的时间 t2按以下步骤获得： 根据所述发动机的角加速度 和燃气发生器起动点火时间 计算发动机脱开时间 t1；               （5） 其中，Ng1为起动电机脱开时的燃气发生器转速； 根据所述发动机脱开时间 t1计算燃气发生器到 达慢车的时间 t2；            （6） 其中，Ng2为燃气发生器达 到慢车时的转速； 对所述发动机内部的轮 盘强度、 轮 盘振动和轮 盘寿命以及转子的动力特性进行评估； 判断所述发动机的起动加速性和可靠性， 燃气发生器转动惯量， 轮盘的强度、 振动和寿 命以及所述 转子的动力特性是否满足要求； 根据判断结果确认是否 完成设计。 2.根据权利要求1所述的一种涡轴发动机 燃气发生器转子设计方法， 其特 征在于，权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 114117803 B 2若所述发动机的起动加速性和可靠性， 燃气发生器转动惯量， 轮盘的强度、 振动和寿命 以及所述 转子的动力特性满足要求， 则完成设计； 若所述发动机的起动加速性和可靠性， 燃气发生器转动惯量， 轮盘的强度、 振动和寿命 以及所述转子的动力特性有一个或多于一个未满足要求， 则未完成设计， 对所述发动机进 行转子结构优化。 3.根据权利要求1或2所述的一种涡轴发动机 燃气发生器转子设计方法， 其特 征在于， 评估所述发动机的起动加速性和可靠性之前需要 进行以下准备： 对发动机的起动电机进行选型并计算所述 起动电机的起动扭矩和负载惯量； 构建所述燃气发生器的三维 实体模型， 所述实体模型中包括 转动组件； 根据所述起动电机的起动扭矩和燃气发生器的传动链计算燃气发生器转动惯量； 所述 燃气发生器转动惯量 为燃气发生器内各转动组件折 算到起动电机轴线上的转动惯量。 4.根据权利要求1所述的一种涡轴发动机 燃气发生器转子设计方法， 其特 征在于， 评估所述发动机内部轮盘强度、 轮盘振动和轮盘寿命包括评估轮盘的强度裕度、 振动 裕度和安全寿命是否符合要求。 5.根据权利要求1所述的一种涡轴发动机 燃气发生器转子设计方法， 其特 征在于， 评估所述 转子的动力特性包括所述 转子的临界转速和支撑刚度是否满足要求。 6.一种涡轴发动机 燃气发生器转子设计系统， 其特 征在于， 所述设计系统包括： 第一评估模块， 用于根据燃气发生器转动惯量评估所述发动机的起动加速性和可靠 性， 评估所述发动机的起动加速性和可靠性包括评估燃气发生器起动点火时间和到达慢车 的时间是否满足要求； 其中， 燃气发生器起动点火时间按以下步骤获得： 根据目标转速 N和功率P计算得到起动电机的起动扭矩 T； （1） 计算燃气发生器内各转动部件折 算到起动电机轴线上的转动惯量 ；                   （2） 式中， 表示第K个零部件绕自身轴线的转动惯量； 表示第K个零部件的转速； 表示起动电机的转速； 根据所述 起动扭矩 T和起动电机负载惯量 J计算发动机的角加速度 ；                           （3） 其中， ； 根据所述发动机的角加速度 和燃气发生器点火时的转速 计算燃气发生器起动点 火时间 ；权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 114117803 B 3