渦軸發(fā)動機(jī)性能退化數(shù)學(xué)建模研究.pdf

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1、2010年舞36蠢簟4期V01．36No．4Aug．2010渦軸發(fā)動機(jī)性能退化數(shù)學(xué)建模研究時瑞軍1，周劍波12，張秋貴1，皮星1【1．中國航空動力機(jī)械研究所，湖南株洲412002；2．南京航空航天大學(xué)能源與動力學(xué)院，南京210016)時瑞軍(1973)，男，博士。高級工程師。從事推進(jìn)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)建模和綜合控制以及進(jìn)排氣數(shù)值仿真研究?；痦椖浚汉娇湛茖W(xué)基金(20090608001)資助收稿日期：2010—01—261引言直升機(jī)通常工作在近地面、近海平面高度，往往會吸人大量的砂塵和含鹽的海水蒸汽，渦軸發(fā)動機(jī)部件經(jīng)

2、常受到污垢和腐蝕的影響，工作條件十分惡劣。為了實(shí)現(xiàn)突然攻擊，直升機(jī)需要迅速從隱蔽時的低負(fù)荷狀態(tài)過渡到攻擊時的高負(fù)荷狀態(tài)，形成對渦軸發(fā)動機(jī)部件頻繁的熱力、機(jī)械等強(qiáng)度摘要：分析了航空發(fā)動機(jī)各部件性能退化原理；分別建立了壓氣機(jī)、燃燒室、渦輪性能退化的部件模型；根據(jù)航空自由渦輪式渦軸發(fā)動機(jī)的工作和使用特點(diǎn)，建立了性能退化的渦軸發(fā)動機(jī)數(shù)學(xué)模型；利用該模型，仿真研究了不同部件性能退化對渦軸發(fā)動機(jī)性能參數(shù)的影響。結(jié)果表明，建立的模型正確反映了部件退化對渦軸發(fā)動機(jī)的影響。關(guān)鍵詞：渦軸發(fā)動機(jī)；性能退化；數(shù)學(xué)模型；數(shù)值仿真Ma

3、thematicaIModeIStudyonPerformanceDeteriorationofTurboshaftEngineSHIRui-junl，ZHOUJian—b01上ZHANGQiu—guil，PIXin91(1．ClaimAviationPowerplantResearchInstitute,Zhuzhou12002，Chinas2．CoUegeofEnergyandPower,NamingofAeronauticsandAstronautics,Naufiug210016,ChinaAbst

4、ract：Thepe咖朋僦edeteriorationtheoryofaeoFenginecomponents11)0．3analyzed．Themodelsofcompressor,combustionchamberandturbinewererespectivelyestablished．Accordingtotheoperationandutilizationcharacteristicsoffreeturbineturboshafiengine，themathematicalmodelofpe咖ml

5、n，圮edeteriorationforturbosh斫e，畫，醒WaSestablished．Theeffectofdifferentcomponentpe咖ml伽cedeteriorationonthepe咖塒ln，weparametersofturboshafien∥ne亂^∞stimulated．Theresultsshowthattheeffectofcomponentdeteriorationontheturboshafiengineisaccuratelyreflectedwiththemod

6、el．Keywords：turboshaffengine；pedormancedeterioration；mathematicalmocIel；numencalsimulation沖擊。在這樣的條件下長時間工作，會造成發(fā)動機(jī)性能退化甚至損壞。利用準(zhǔn)確地反映渦軸發(fā)動機(jī)性能退化的數(shù)學(xué)模型，研究不同因素對發(fā)動機(jī)性能退化的影響，對于改善渦軸發(fā)動機(jī)控制效果，實(shí)現(xiàn)渦軸發(fā)動機(jī)故障診斷、延壽及視情維修具有重要價值。叼璀軍簍：渦軸發(fā)動卸牲篷退化數(shù)字建崾釀竅美國NASA利用卜15驗證機(jī)的PW一100—1128發(fā)動機(jī)，對渦扇發(fā)動

7、機(jī)的性能退化進(jìn)行了大量的理論、仿真及試飛研究吧國內(nèi)高校也開展了某型渦扇發(fā)動機(jī)的性能退化研究回。而對于航空渦軸發(fā)動機(jī)性能退化研究，相關(guān)文獻(xiàn)尚難見到。本文研究了航空渦軸發(fā)動機(jī)性能退化的基本原理，建立了描述部件性能退化的各部件數(shù)學(xué)模型；按照渦軸發(fā)動機(jī)的共同工作條件和使用特點(diǎn)，建立了部件級性能退化的渦軸發(fā)動機(jī)數(shù)學(xué)模型，進(jìn)而仿真研究了渦軸發(fā)動機(jī)性能退化的特點(diǎn)，為開展進(jìn)一步研究奠定了基礎(chǔ)。2部件性能退化特征及影響分析2．1壓氣機(jī)性能退化壓氣機(jī)性能退化的特征為：葉片型面磨光，動葉和靜葉松動，流路破裂，機(jī)匣磨損，以及機(jī)匣偏

8、心和脫開同。不考慮損壞，壓氣機(jī)性能退化的主要原因是污垢和侵蝕。壓氣機(jī)的污垢主要來自外部塵土的堆積，其影響是：葉片型面發(fā)生變化，流路減小，機(jī)匣偏心，從而使壓氣機(jī)效率降低(假定設(shè)計型面效率最高)，流鼉減小。其特性曲線向左下方偏移。壓氣機(jī)所受侵蝕主要來自外部較大顆粒的砂石的摩擦，含鹽較高的海水蒸汽的腐蝕，以及燃燒室對導(dǎo)向器的燒蝕，其影響是：葉片型面發(fā)生變化，葉片發(fā)生松動，流路面積增大，機(jī)匣偏心等，從而使壓氣機(jī)效率降低，