双级涡轮增压活塞发动机螺旋桨推进系统部件法数学模型与飞行特性分析

对适用于高度为10~20km的中速、低速多用途飞行器的双级涡轮增压活塞发动机螺旋桨推进系统的特性计算方法进行了研究.引用涡轮发动机的部件法,建立基于各部件特性的代数数学模型,推进系统各部件工作点则由Newton法求解系统联合工作方程组得到.给出了方程组中的活塞发动机功率保持工作条件及增压器与活塞发动机联合工作条件,分析了推进系统功率保持工况和减功率工况的调节规律,及其对涡轮增压器工作线的影响.分析了推进系统总体及各部件的高度-速度特性.研究表明:该特性计算方法收敛快,一个工况点一般迭代5~6次即可;两个燃气旁通阀的调节规律不但可以满足推进系统的设计目标,同时还可对增压器工作点进行有效的优化调节;该特性计算方法可直接推广到更复杂的多级涡轮增压系统中.      

基于螺旋桨特性的活塞发动机涡轮废气阀的调节

通过发动机螺旋桨功率特性分析,对巡航状况下增压发动机涡轮废气调节阀的调节规律进行了研究,并且预测飞机的经济运行状态.对飞机在4000m海拔高度以恒定速度180km/h巡航工况进行了研究,调节涡轮废气放气阀开度控制空气盒的目标压力,桨距角的变化随螺旋桨特性曲线进行调节.运行的结果显示,通过变桨距调节和涡轮废气阀调节的共同作用,可实现与增压器匹配的压气机运行在68%~76%的高效率区域.      

航空活塞发动机涡轮增压系统的安全边界研究

针对高空长航时无人机的动力性和安全性要求,首先应用MATLAB/Simulink对某型一级航空活塞发动机涡轮增压系统建立联合仿真模型.模型主要分为四部分:涡轮增压器模型、发动机平均值模型、中冷器模型和废气阀模型,并根据实验数据对仿真结果进行了校核,确保模型的可行性.在此基础上从整个系统的角度出发研究活塞发动机涡轮增压系统的安全边界,通过发动机级的安全边界要求给出增压器级的安全要求,同时分析主要参数对系统安全性的影响.最后,建立基于安全边界的废气阀的调节规律,使整个活塞发动机涡轮增压系统运行在安全边界之内.结果表明:基于模型的活塞发动机涡轮增压系统的安全边界研究方法给可以给出系统安全运行边界,同时可以在保证安全的前提下为下一步改善发动机涡轮增压系统的性能提供依据,进一步在设计阶段确保系统的安全性.      

航空活塞发动机两级增压匹配方法

通过对某单级增压活塞发动机的研究,将两级增压应用于该机型,采用压气机串联、涡轮并联的布置方案,并用GT-Power对发动机进行建模.按等流量模式对两级涡轮增压进行匹配,并对地面至高空10km飞机全飞行高度的运行工况进行了预测.对废气放气阀调节流量进行了计算.结果显示涡轮和压气机在全高度都运行在高效率区内,为两级增压系统的研制提供了良好的基础.      

航空二冲程活塞发动机与定距螺旋桨的匹配研究

以长航时无人机的工作特点为基础,结合二冲程发动机的功率输出特性和定距螺旋桨的功率吸收特性,以及发动机的外特性曲线和螺旋桨的推进特性曲线,得出了在地面飞行状态下二冲程活塞发动机匹配定距螺旋桨所采用的方法,并通过为某型二冲程发动机匹配最优定距螺旋桨的试验,证明了该方法可以应用于在地面及低空状态下,为已知发动机匹配合适的定距螺旋桨.      

基于模型的废气涡轮增压与发动机匹配

根据发动机工作过程模拟计算原理,采用GT-POWER软件对一级增压活塞式航空发动机建立涡轮增压器与发动机的仿真模型,并通过发动机实验数据验证了模型的准确性。按照高空环境条件对发动机提出的功率恢复的特殊要求,研究不同海拔高度下发动机与增压器的匹配规律,给出废气阀对增压系统的调节规律。分析结果表明,该仿真模型具有可信性且涡轮增压器的选型满足安全设计及匹配要求。     

航空活塞发动机用自增压喷嘴喷雾特性试验

为了自增压喷嘴更好地在航空活塞发动机上应用,在定容弹内对自增压喷嘴喷雾特性进行了试验研究。采用可视化技术结合Matlab图像处理程序,研究了RP-3航空煤油在不同背压、燃油温度和环境温度下的喷雾特性。结果表明:背压为0.1 MPa时的喷雾有明显的表面波和油线结构。背压从0.1 MPa增大至0.8 MPa,典型的中空锥喷雾转变成有大尺度涡流的中空锥喷雾,喷雾贯穿距离和喷雾面积的最大值分别减小了45%和55.3%。燃油温度的升高促进了喷雾蒸发有助于冷起动,喷雾贯穿距离、喷雾面积和喷雾锥角均在燃油温度为50 ℃时最小。在背压为0.1 MPa时,喷雾贯穿距离和喷雾面积随着环境温度升高先增大后减小,在环境温度为60 ℃和50 ℃分别有最大值67.3 mm和915.5 mm2,而喷雾锥角则随着环境温度升高而减小,在环境温度为90 ℃时达到最小值9.2°。     

基于扭矩特性的航空发动机起动系统数学模型

简述了起动过程,分析了起动过程中起动扭矩与发动机扭矩及其负载扭矩特性间的关系,给出了起动机的选择原则,从而建立了基于起动机扭矩及发动机扭矩特性的发动机起动系统数学模型,并给出起动时间的计算方法。最后以典型发动机起动系统作为仿真实例验证了此方法的可行性。      

高马赫数涡轮基推进系统的发展及挑战

高马赫数推进系统不仅是高马赫数飞机必须突破的关键和难点,也是航空发动机未来发展的代表性技术方向之一,对于涡轮发动机设计技术及相关制造技术的发展有着重要的牵引作用。总结了国外高马赫数飞机和推进系统的发展历程和发展趋势,阐述了高马赫数飞机和推进系统的工作特点,分析了高马赫数涡轮基推进系统5个方面的技术挑战。据此提出应紧密结合高马赫数飞机的需求,分布实施、快速验证,以多领域技术协同创新的方式发展高马赫数推进系统。尤其要关注高马赫数TBCC 推进系统及其中的高马赫数涡轮基。     

一种基于螺旋桨部件特性的螺旋桨建模方法

通过缩比法,利用螺旋桨通用部件特性获得期望研究的螺旋桨部件特性,提出了飞行速度不为零条件下的螺旋桨数学模型建模算法,同时,借鉴缩比后螺旋桨部件特性、螺旋桨定桨叶角工作性能曲线以及螺旋桨空气动力学原理,分析了静拉力状态下的螺旋桨功率系数、拉力系数、桨叶角、螺旋桨静态推力进距比阈值以及螺旋桨几何设计参数的相互作用关系,提出了静拉力状态下的螺旋桨数学模型建模算法。所述算法与Gas Turbine Simulation Program (GSP)软件仿真数据进行了数字仿真对比验证。结果表明:所提出的螺旋桨建模算法具有有效性,在前进状态下,螺旋桨拉力相对误差最大不超过6.6059×10-6,需求功率相对误差最大不超过5.5098×10-6,效率相对误差最大不超过6.6955×10-6。      

涡扇发动机部件特性的BP网络研究

在发动机特性计算中,建立了BP神经网络对部件特性数据进行识别学习,实现了特性数据的精确插值和对未知特性数据的推测。通过对网络输出结果的检验与分析,表明该方法精确实用。      

多变量推进系统数学模型中的矢量空间及其分解

用矢量空间上最优化概念分析一般的燃气涡轮推进系统计算机数学模型中的平衡技术,研究了有普遍意义的多变量推进系统稳态方程组及相应数模系统的变量分类问题。将可被引入多变量、多轴、多函道推进系统数模,参与制定主调节计划的数十个发动机主变量分为三类。为建立多变量推进系统总体数模,并在系统性能分析中灵活使用各种可能的调节计划,提供了一定基础理论。简介了在超音通流风扇变循环推进系统研究中的应用。     

矢量喷管控制对发动机性能的影响

建立了带推力矢量的涡扇发动机数学模型。结合某型涡扇发动机研究了矢量喷管偏转对发动机工作和性能的影响,研究结果表明,矢量喷管偏转时,在一定条件下,发动机低压转子共同工作线向喘振边界移动,而高压转子共同工作线不发生变化,发动机总推力是增大的。但当将矢量喷管偏转与喉部面积放大相结合,可使发动机保持原工作状态不变,而发动机总推力却随着几何矢量角的增大而减小。      

桨扇发动机推进效率分析方法研究

评估涡扇、涡桨、桨扇发动机的推进效率对中高飞行马赫数下桨扇发动机具有重要意义。基于分开排气涡扇发动机模式,采用能量—动量方法推导、建立推进效率分析的数学模型,形成涡桨、涡扇及桨扇发动机统一的推进效率分析方法;选取不同外涵风扇压比、等效涵道比及不同飞行马赫数开展计算。结果表明：在中低飞行马赫数下涡桨发动机推进效率较高,在中高飞行马赫数下桨扇发动机推进效率较高,在高亚声速飞行马赫数下涡扇发动机推进效率较高,印证了现有的涡桨、桨扇及涡扇发动机优势推进效率的飞行马赫数区间分布规律,为涡扇、涡桨、桨扇发动机推进效率研究分析提供了方法。     

特征线法在脉冲爆震发动机性能计算中的应用

在x-t平面建立爆震波在爆震室内传播过程的物理模型,应用特征线算法对脉冲爆震发动机(PDE)一维非定常流进行了数值计算,在此基础上给出了脉冲爆震发动机的性能参数的计算方法。并举算例进行了计算和分析,结果表明应用特征线算法计算PDE性能是可行而且准确的。      

带矢量喷管的涡扇发动机动态过程研究

建立带矢量喷管的涡扇发动机动态数学模型。研究了矢量喷管偏转角和偏转角速度对涡扇发动机工作的影响。研究结果表明 ,不同的矢量喷管偏转角速度对发动机涡轮前燃气温度会产生不同温度峰值 ,而且温度峰值随矢量偏转角速度增大而增大。而在一定的不同矢量角作用下 ,发动机的阶跃响应过程调节参数无明显变化      

塞式喷管效率高度特性分析

通过理论分析,结合塞式喷管具有高度补偿特性的特点,根据气流流动的情况,将塞式喷管的推力分为两部分,建立了两个不同的塞锥表面压力分布的数学模型,来分析塞式喷管发动机效率的高度特性非单调性变化的规律以及塞锥表面压力分布对其的影响。结果表明,在高的环境压强下工作时,由塞式喷管的高度补偿能力所获得的推力是引起效率高度特性曲线非单调变化的原因;在低的环境压强下工作时,由于塞锥的截短,效率高度特性曲线在设计点之前达到最大值。