本申请属于发动机设计技术领域，特别涉及一种发动机热力循环设计方法。
背景技术：
未来先进航空发动机涡轮前温度不断升高，大大增加了涡轮叶片等高温部件的热负荷，然而涡轮前温度的提升要受到金属耐温能力的限制，为满足涡轮前温度和增压比持续提高的需求，在继续研究新型冷却结构的同时，探寻提高冷却空气冷却品质的新方法是极为必要的。
对于试图采用外涵换热器的发动机方案，通常在传统发动机总体性能模拟过程中考虑换热器产生的换热量，和涡轮冷气降温后对发动机不同截面参数的影响，通过反复试算的方式得到发动机的性能，存在如下几点问题：一是不能反映冷气降温对冷却性能的影响；二是计算效率低同时难以得到最优设计结果，三是若通过反复试验迭代设计成本大幅增加。
技术实现要素：
本发明要解决的技术问题是在涡扇发动机方案设计过程中如何考虑通过增加外涵换热器来改善涡轮导向器叶片的冷却效果的，实现带有外涵换热器的涡扇发动机热力循环设计，获得所需的外涵换热器设计目标。
本申请发动机热力循环设计方法主要包括：
步骤s1、根据涡轮导向器的壁面温度确定最高温度状态，判断是否满足材料使用要求；
步骤s2、根据降温需求计算换热量，基于给定的外涵换热器的总压损失初值，计算增加换热器后发动机状态性能；
步骤s3、判断增加换热器后发动机状态性能是否满足参数设计要求，若不满足，则改变所述外涵换热器的总压损失，并进行迭代计算，直至发动机状态性能满足参数设计要求，输出增加换热器后整机性能参数及所述外涵换热器性能参数。
优选的是，步骤s1进一步包括：
步骤s11、根据涡轮叶片进口温度和冷气温度计算涡轮导向器冷效，进而确定涡轮导向器的壁面温度。
优选的是，步骤s11中，采用涡轮叶片的多个设计点或典型点进行涡轮叶片进口温度和冷气温度的计算。
优选的是，步骤s11中，所述设计点或典型点包括涡轮叶片最大热负荷点。
优选的是，步骤s11中，所述设计点或典型点包括涡轮叶片最大气动负荷点。
优选的是，步骤s11中，所述设计点或典型点包括最高涡轮前温度点。
优选的是，步骤s11之前，包括：
步骤s10、获得发动机总体方案设计点参数及非设计点的控制规律。
优选的是，步骤s2中，根据降温需求计算换热量之前，包括：
获取涡轮导向器的冷效曲线及涡轮导向器的降温需求。
优选的是，步骤s3中，判断增加换热器后发动机状态性能是否满足参数设计要求，包括判断增加换热器后发动机多个典型工况下的状态性能是否满足参数设计要求。
本申请提出一种热力循环设计方法，实现采用外涵换热器改善涡轮叶片温度的发动机循环参数设计，能够快速获得较为精准的设计结果。
附图说明
图1是本申请发动机热力循环设计方法的一优选实施例的流程图。
具体实施方式
为使本申请实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施方式中的附图，对本申请实施方式中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施方式是本申请一部分实施方式，而不是全部的实施方式。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，旨在用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。基于本申请中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本申请保护的范围。下面结合附图对本申请的实施方式进行详细说明。
本申请对于已经确定的总体方案，希望通过增加外涵换热器实现冷效的提升，降低涡轮叶片的壁面温度，改善叶片的使用寿命。总体性能专业热力循环设计过程中，需要确定外涵换热器的换热性能和流动损失性能，可以使得叶片壁面温度满足许用范围，同时又能对总体性能产生较小影响。
本申请发动机热力循环设计方法，采用外涵换热器改善涡轮叶片温度，所述方法包括：
步骤s1、根据涡轮导向器的壁面温度确定最高温度状态，判断是否满足材料使用要求；
步骤s2、根据降温需求计算换热量，基于给定的外涵换热器的总压损失初值，计算增加换热器后发动机状态性能；
步骤s3、判断增加换热器后发动机状态性能是否满足参数设计要求，若不满足，则改变所述外涵换热器的总压损失，并进行迭代计算，直至发动机状态性能满足参数设计要求，输出增加换热器后整机性能参数及所述外涵换热器性能参数。
以下结合附图1对本申请发动机热力循环设计详细说明如下：
a)首先进行发动机方案的设计点计算和典型点计算，计算中需要包括：涡轮叶片最大热负荷点、涡轮叶片最大气动负荷点、最高涡轮前温度点等状态，因为这些状态涡轮壁面温度可能比较高，涡轮叶片的工作环境最恶劣。
b)根据典型点涡轮叶片进口温度和冷气温度,应用冷效公式获得典型点涡轮导向器冷效，并计算涡轮导向器的壁面温度。
c)根据壁面温度计算结果，确定最高温度状态，初步预估最高壁温处的冷气降温需求，再根据降温后的冷气结果分别计算各个典型点的壁面温度，判断是否满足材料使用要求。
d)根据降温需求确定换热量，给定换热器总压损失初值，计算增加换热器后发动机典型状态性能。
e)评估增加换热器后性能参数是否满足需求，若不满足需要进行迭代，直至方案满足设计目标，完成发动机热力循环的设计，确定外涵换热器的设计目标。
现有的总体性能热力循环分析不具备分析叶片工作环境的能力，通常采用截面参数来判断，该方法不够直接，也不能给出总体性能专业对外涵换热器的设计要求，采用本专利提出的方法，可以指导采用外涵换热器的涡扇发动机热力循环设计。
以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
1.一种发动机热力循环设计方法，采用外涵换热器改善涡轮叶片温度，其特征在于，所述方法包括：
步骤s1、根据涡轮导向器的壁面温度确定最高温度状态，判断是否满足材料使用要求；
步骤s2、根据降温需求计算换热量，基于给定的外涵换热器的总压损失初值，计算增加换热器后发动机状态性能；
步骤s3、判断增加换热器后发动机状态性能是否满足参数设计要求，若不满足，则改变所述外涵换热器的总压损失，并进行迭代计算，直至发动机状态性能满足参数设计要求，输出增加换热器后整机性能参数及所述外涵换热器性能参数。
2.如权利要求1所述的发动机热力循环设计方法，其特征在于，步骤s1进一步包括：
步骤s11、根据涡轮叶片进口温度和冷气温度计算涡轮导向器冷效，进而确定涡轮导向器的壁面温度。
3.如权利要求2所述的发动机热力循环设计方法，其特征在于，步骤s11中，采用涡轮叶片的多个设计点或典型点进行涡轮叶片进口温度和冷气温度的计算。
4.如权利要求3所述的发动机热力循环设计方法，其特征在于，步骤s11中，所述设计点或典型点包括涡轮叶片最大热负荷点。
5.如权利要求3所述的发动机热力循环设计方法，其特征在于，步骤s11中，所述设计点或典型点包括涡轮叶片最大气动负荷点。
6.如权利要求3所述的发动机热力循环设计方法，其特征在于，步骤s11中，所述设计点或典型点包括最高涡轮前温度点。
7.如权利要求3所述的发动机热力循环设计方法，其特征在于，步骤s11之前，包括：
步骤s10、获得发动机总体方案设计点参数及非设计点的控制规律。
8.如权利要求1所述的发动机热力循环设计方法，其特征在于，步骤s2中，根据降温需求计算换热量之前，包括：
获取涡轮导向器的冷效曲线及涡轮导向器的降温需求。
9.如权利要求1所述的发动机热力循环设计方法，其特征在于，步骤s3中，判断增加换热器后发动机状态性能是否满足参数设计要求，包括判断增加换热器后发动机多个典型工况下的状态性能是否满足参数设计要求。
技术总结