基于部件法的渦軸發(fā)動機(jī)性能計(jì)算模型研究

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1、第2卷第3期航空工程進(jìn)展Vo1．2No．32011年8ADVANCESINAER0NAUTICAISCIENCEANDENGINEERINGAug．2O11文章編號：1674—8190(2011)03—312—06基于部件法的渦軸發(fā)動機(jī)性能計(jì)算模型研究一～撇～一～一～一u～一_量一．重一一一腳一～～m一趙強(qiáng)，陳玉春，王永文，周建平，周新新(西北工業(yè)大學(xué)動力與能源學(xué)院，西安710072)摘要：為研究自由渦輪式渦軸發(fā)動機(jī)的穩(wěn)態(tài)特性，建立了基于部件法的渦軸發(fā)動一機(jī)一穩(wěn)態(tài)特一性Ⅲ計(jì)?算模一型，一編制了計(jì)算程序

2、，并指出了渦軸發(fā)動機(jī)各部件在共同工作時需要滿足的平衡關(guān)系，同時建立r求解穩(wěn)態(tài)特性計(jì)算模型的非線性方程組。然后利用編制的穩(wěn)態(tài)特性計(jì)算程序，計(jì)算了某渦軸發(fā)動機(jī)在考慮使用限制時的最大狀態(tài)特性和不同高度下的節(jié)流特性。通過對計(jì)算結(jié)果對比分析，研究結(jié)果表明：建立的計(jì)算模型是合理的，可作為深入研究自由渦輪式渦軸發(fā)動機(jī)穩(wěn)態(tài)特性的工具，具有一定的工程應(yīng)用價(jià)值。關(guān)鍵詞：渦軸發(fā)動機(jī)；部件法；性能計(jì)算模型；穩(wěn)態(tài)特性中圖分類號：V235．1文獻(xiàn)標(biāo)識碼：AStudyofMathematicalModelOilSteady—cha

3、r_一薹ac．一-一一～陽t驀er～m～一is_～一t咖薹mic一A～smo～一～一f一刪邑～一_一一lm；Turbo。shaftEngineBasedonComponentModelingZhaoQiang，ChenYuchun，WangYongwen，ZhouJianping，ZhouXinxin(SchoolofPowerandEnergy，NorthwesternPolytechnicalUniversity，Xi’an710072，China)Cn甜．r朗lt∽S呦a㈣～渦軸發(fā)動機(jī)分為定軸式

4、渦軸發(fā)動機(jī)和自由渦0引言輪式渦軸發(fā)動機(jī)，前者的渦輪既用于驅(qū)動壓氣機(jī)，直升機(jī)具有垂直起降、空中懸停、低空低速飛又用于驅(qū)動直升機(jī)旋翼等負(fù)荷，具有功率輸出方行、機(jī)動靈活及無需專用機(jī)場等特點(diǎn)，決定了其在便、結(jié)構(gòu)相對簡單等優(yōu)點(diǎn)，但存在起動性差、轉(zhuǎn)速不軍事和國民經(jīng)濟(jì)各領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用]。當(dāng)今為直易控制等缺點(diǎn)，主要作為早期的直升機(jī)動力；后者升機(jī)提供動力的幾乎都是航空渦軸發(fā)動機(jī)，這是由的單獨(dú)渦輪(自由渦輪)用于驅(qū)動外負(fù)荷，具有容易渦軸發(fā)動機(jī)重量輕、體積小、單位功率高、振動小和起動、加速性好、工作穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，當(dāng)今大多數(shù)直

5、升噪聲小等優(yōu)點(diǎn)決定的，因此研究渦軸發(fā)動機(jī)的特性機(jī)以其作為動力系統(tǒng)J。本文研究自由渦輪式渦顯得十分重要。軸發(fā)動機(jī)的穩(wěn)態(tài)特性計(jì)算模型。國內(nèi)外大量文獻(xiàn)介紹了渦噴、渦扇發(fā)動機(jī)穩(wěn)態(tài)性能計(jì)算模型l3]，但很少有文獻(xiàn)對建立求解自由收稿日期：2010-1227；修回日期：2011-02—22渦輪式渦軸發(fā)動機(jī)性能計(jì)算模型作過詳細(xì)描述。通信作者：趙強(qiáng)，zq0417@sohu．corn本文在發(fā)動機(jī)部件法的基礎(chǔ)上，利用各部件共同工第3期趙強(qiáng)等：基于部件法的渦軸發(fā)動機(jī)性能計(jì)算模型研究313作的原理，建立了自由渦輪式渦軸發(fā)動機(jī)的

6、性能計(jì)式中：C表示燃?xì)獾亩▔罕葻崛?；Ts和Ts分別表算模型。示自由渦輪進(jìn)口和出口的總溫；P和P。分別表示自由渦輪進(jìn)口和出口的總壓；(P。)表示設(shè)計(jì)狀l基于部件法的渦軸發(fā)動機(jī)性能計(jì)算模型態(tài)自由渦輪的輸出功率值；，7，表示自由渦輪輸出軸的機(jī)械效率；表示自由渦輪的效率?；诓考ǖ陌l(fā)動機(jī)性能計(jì)算模型，是指將發(fā)設(shè)計(jì)狀態(tài)確定后，通過計(jì)算可得到發(fā)動機(jī)的關(guān)動機(jī)分為幾個單獨(dú)的部件，各部件之間通過機(jī)械和鍵截面的尺寸(噴管出口面積)。氣動上的聯(lián)系完成共同工作。自由渦輪式渦軸發(fā)動機(jī)主要由進(jìn)氣道(含粒子1．2非設(shè)計(jì)狀態(tài)的性能

7、計(jì)算模型分離器)、壓氣機(jī)、燃燒室、燃?xì)鉁u輪、自由渦輪、擴(kuò)當(dāng)發(fā)動機(jī)工作于非設(shè)計(jì)狀態(tài)時，壓氣機(jī)、燃燒張噴管和減速器等系統(tǒng)構(gòu)成，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖1室、燃?xì)鉁u輪和自由渦輪的工作點(diǎn)都發(fā)生了變化，所示Er]。壓氣機(jī)轉(zhuǎn)速、流量、增壓比和效率，渦輪前總溫和燃油流量，燃?xì)鉁u輪和自由渦輪的轉(zhuǎn)速、流量、落壓比也發(fā)生了變化。自由渦輪式渦軸發(fā)動機(jī)的非設(shè)計(jì)狀態(tài)數(shù)學(xué)模型可通過非線性方程組的形式進(jìn)行描述。對于直升機(jī)的主要飛行狀態(tài)，通常設(shè)定旋翼的轉(zhuǎn)速不變，由于主減速器的減速比為常數(shù)，即渦軸發(fā)動機(jī)的自由渦輪轉(zhuǎn)速N等于常數(shù)，這可以通過調(diào)節(jié)

8、直升機(jī)旋翼的安裝角來實(shí)現(xiàn)_1。罔1渦軸發(fā)動機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖在計(jì)算渦軸發(fā)動機(jī)非設(shè)計(jì)狀態(tài)性能時，方程組Fig．1Structureschematicillustrationof的自變量包括核心機(jī)(或燃?xì)獍l(fā)生器)物理轉(zhuǎn)速turbo—shaftengineN、壓氣機(jī)換算流量Wa。?燃燒室出口總溫注：“o”表示進(jìn)氣道(含粒子分離器)進(jìn)17i截面；?2’表示進(jìn)氣道出T(或燃油流量WFB)、燃?xì)鉁u輪落壓比丌?自由口／壓氣機(jī)進(jìn)口截面i“3”表示壓氣機(jī)出口／燃燒室進(jìn)口截面；“