CRGT循环燃气轮机性能仿真

采用VC和MATLAB混合编程方法,进行了不同循环燃气轮机的变工况性能分析.其中,采用修正工程算法编制了工质热力性质计算程序,采用反向传播(BP)神经网络法建立了压气机和涡轮部件特性计算模型,采用模块化建模方法建立了简单循环、蒸汽回注(STIG)循环和化学回热(CRGT)循环性能仿真模型.仿真结果表明:在保持燃机几何结构和设计功率不变的条件下,STIG循环和CRGT循环均能降低燃气初温和提高循环热效率.其中,简单循环的热效率为35.16%,STIG循环的热效率可达到45%,CRGT循环的热效率可达到52.8%;为了进一步提高该型燃机的应用潜力和使用范围,可以将该型CRGT循环燃气轮机用于海水淡化应用中.      

微型燃气轮机回热器的结构参数对其性能影响的计算分析

分析了一种适用于微型燃气轮机的回热器的结构特点,计算了该回热器的回热度和压损,并分析了各结构参数对其性能的影响规律.在限定回热器体积的情况下,提高回热度和降低压损两者相矛盾,为协调好这两个参数,可在给定燃气轮机其它部件参数的情况下,根据使整机效率最大化的原则优化回热器结构参数,得到尽量高的回热度和尽量小的压损.     

闭式燃气轮机回热循环功率和效率新公式

用有限时间热力学方法分析实际循环性能 ,计入工质与高、低温热源间换热器和回热器的热阻损失和压气机、涡轮机中的不可逆压缩、膨胀损失 ,导出变温热源不可逆闭式燃气轮机回热循环的功率输出和热效率与循环压比间的解析式。给出了详细的数值算例分析各不可逆因素对性能的影响。     

实际闭式燃气轮机回热循环热力参数数值分析

用有限时间热力学方法分析实际循环性能，计入工质与高、低温热源间换热器和回热器的热阻损失和压气机、涡轮机中的不可逆压缩、膨胀损失，导出变温热源不可逆闭式燃气轮机回热循环的功率输出和热效率与循环压比间的解析式，给出了详细的数值算例说明各项损失对循环参数的影响特点。计算与分析表明，回热对循环功率输出有影响，高、低温侧换热器和回热器的有效度之间存在最佳匹配。     

间冷回热涡扇发动机热力学研究

利用MATLAB平台,参考欧盟和NASA近期发表的研究计划,建立双轴分排涡扇间冷回热发动机性能仿真模型,研究间冷技术和回热技术对涡扇发动机性能的影响,并将其与常规布局发动机进行对比分析。结果表明,间冷器的加入会使得单位燃油消耗率(SFC)上升但同时也会使得单位推力(Fs)增大;回热器的加入可以有效降低单位燃油消耗率,最大达28%,但同时使得单位推力下降;间冷回热的综合运用使得单位燃油消耗率进一步下降。对间冷回热发动机来说,总压比、涵道比以及回热器热效率是影响发动机SFC的主要因素,其中回热器热效率影响最大,最大可使得SFC下降32%。     

简单循环与回热循环燃气轮机变工况特性

针对某简单循环燃气轮机和回热循环燃气轮机建立了性能计算数学模型,并以Newton-Raphson法进行求解,对各自的变工况性能进行计算、分析及对比.研究结果表明:在工作参数相同的情况下,简单循环燃气轮机做功能力强于回热循环燃气轮机,但是前者的效率远远低于后者;涡轮进口温度自设计点降低时,回热循环燃气轮机效率降低幅度更大.对于简单循环、回热循环燃气轮机,环境温度降低使燃气轮机的输出功率和效率增加,但压气机喘振裕度降低;环境压力升高有助于提高燃气轮机的做功能力,使经济性以及稳定性更好.这些研究结果可以为航机陆改燃气轮机的变工况运行提供有益的参考.      

小功率单轴燃气轮机及其功热并供装置变工况典型解析特性

采用动力机械变工况特性解析分析方法［１,２］,分析总结了使用离心式压气机的小功率单轴恒速燃气轮机稳态变工况的典型特性及一些定量规律。所得燃气轮机装置典型效率曲线及统计公式得到了实际数据的验证。计算了该种燃气轮机功热并供装置用饱和蒸汽供热时的典型情况及其他一些变工况性能,如大气温度的影响等     

考虑环境温度变化时燃气轮机控制策略优化选择

针对某型简单循环三轴燃气轮机,基于面向对象的建模理念,运用模块化建模方法,建立了三轴燃气轮机的热力学模型,开展了环境温度变化时的稳态性能仿真。在1.00和0.35两种工况下,分析了四种不同控制策略下,环境温度对燃气轮机重要监控参数及装置的比功率、热效率等的影响,并将计算结果与燃气轮机台架试车实际数据进行了对比分析。结果表明:不同控制策略及不同工况下,环境温度对三轴燃气轮机的影响程度不同,需要综合考虑相关因素,以选择相应的控制策略。     

航空发动机用于地面燃煤差速联合循环的性能研究

提出一种新型燃煤联合循环发电技术—载热部分气化燃煤联合循环（ＣＧＣＣ），在这一系统中采用了由航机改型的ＦＴ－８燃气轮机。本文通过对燃气轮机系统性能的分析，采用模块化建模方法，全面地分析了燃气轮机在系统中设计工况和变工况下的工作情况，认为ＦＴ－８燃气轮机用于ＣＧＣＣ系统具有很大优越性。     

回热循环微型燃气轮机非线性数学模型

建立了回热循环微型燃气轮机非线性动态模型,并考虑模型通用性采用压气机、回热器、透平的变工况解析通用特性建立了静态模型.根据设计参数进行数学模型的实例化,提出解析特性系数确定方法和计算机仿真实现的迭代次序.结果表明:静态特性仿真结果与Capstone C30实际数据之间存在微小偏差,通过更详细的参考数据校正特性解析公式系数可获得与实际数据更好的一致性;采用保持透平进气温度不变的最佳运行方式,空载到满载的动态时间为100s左右,回热器金属壁面平均温度由空载时750K降低到负载时670K.      

ICR循环燃气轮机的仿真研究

采用MATLAB和VC混合编程的方法,建立了不同循环燃气轮机的热力性能仿真模型,并利用该模型对比研究了压比、燃气初温、间冷度、回热度等参数对ICR(间冷-回热)循环比功和效率的影响.研究表明:在给定条件下,合理匹配压比、燃气初温、间冷度和回热度等参数,可使ICR循环的比功和效率均达到最大;与单循环相比,ICR循环的比功...     

考虑发动机性能退化的涡轮叶尖间隙预估方法研究

针对有主动间隙控制的某型高压涡轮,建立了考虑发动机退化的叶尖间隙预估模型,重点研究了发动机在长期使用、性能退化过程中涡轮前燃气温度和蠕变变形对叶尖间隙的影响。研究中,首先分析了间隙预测中发动机性能退化影响的引入方式,建立了对应的间隙预估流程。随后以某型发动机典型工作历程为对象,对比研究了传统间隙控制方案、考虑发动机性能退化影响两种条件下的涡轮叶尖间隙尺度变化规律,并据此开展了间隙控制策略的优化调整。研究中发现,由于发动机性能的退化,导致涡轮前燃气温度升高,使得机匣、轮盘和叶片的热变形量增大,其中在最大巡航阶段对机匣的影响最大,其伸长量达到了6.914mm,与未退化前相比增大了17%,同时由于发动机的长期使用,叶片和轮盘受蠕变变形影响,导致叶尖间隙的变化。研究结果表明,采用优化后的主动间隙控制方案,各个工况下的叶尖间隙值均控制在合理范围内,尤其在高温起飞阶段,与退化状态下的间隙值相比提高了53%,有效避免了叶片严重碰摩等故障发生。     

爆震燃气轮机的变比热容热力循环性能

为分析变比热容下爆震燃气轮机的热力循环性能,建立了考虑比热容随工质成分及温度变化的爆震燃气轮机热力循环模型,分析中同时考虑了压气机、燃烧室、透平等部件的效率.在不同比较条件下,利用变比热容法对比分析研究了燃气轮机爆震循环(DCGT)、Brayton循环和Humphrey循环燃气轮机的热力循环性能.计算结果表明:与Brayton循环相比,DCGT具有较大性能优势;在透平前温度为1620K且压比为16.5时,DCGT热效率较Brayton循环高28.8%;在无量纲吸热量为4.25且压比为16.5时,DCGT热效率则较Brayton循环高30.7%.      

内燃波转子技术对燃气涡轮发动机性能影响

为研究内燃波转子技术提高燃气涡轮发动机性能变化规律,建立内燃波转子燃气涡轮发动机热力循环分析模型,开展内燃波转子通道出口气流马赫数、压气机压比等参数变化对燃气涡轮发动机性能的影响研究,探讨了内燃波转子燃气涡轮发动机热力循环状态参数变化规律.研究结果表明:当压气机压比等于3.6时,发动机比推力和热循环总效率最大提高23.709%,耗油率最大减少19.165%;当通道出口气流马赫数等于0.6时,发动机比推力最大增幅达23.736%,此时压气机压比为4.4、发动机热循环总效率32.216%和耗油率减少24.366%,熵增减少7.864%,验证了内燃波转子技术能够提高燃气涡轮发动机总体性能.研究结果为深入开展内燃波转子燃气涡轮发动机基础理论和关键技术研究奠定基础.      

基于飞发一体化的滑油系统热性能仿真

航空发动机滑油系统与飞机、发动机的关联参数有限。为准确表达变工况滑油系统的热性能,通过研究发动机轴承腔 热性能与转子转速及主流路温度参数的拟合关系,将主机温度、燃滑油参数作为输入,对发动机滑油系统在飞行剖面上典型飞行 状态点的热性能参数进行了迭代计算;针对管壳式燃滑油散热器结构及运行特性,计算了散热器换热性能。建立轴承腔和散热器 的数学模型;基于系统流动仿真平台,利用内部的二次开发环境编写出C#语言代码,开发出了适用于发动机的轴承生热模型和散 热器模型,实现发动机滑油系统与发动机燃油系统及飞机热管理系统的联合计算;在航空发动机、飞机变工况输入条件下,进行滑 油系统、发动机整机及飞发一体化的变工况热性能迭代计算,并与试验数据进行对比。结果表明：该计算方法误差小于5%,可较 准确地反映变工况条件下的热管理相关参数,为飞发一体化热管理联合仿真分析提供可靠的数据来源。     

A novel control method for turboshaft engine with variable rotor speed based on the Ngdot estimator through LQG/LTR and rotor predicted torque feedforward

In order to compensate for the disturbance of wide variation in rotor demanded torque on power turbine speed and realize the fast response control of turboshaft engine during variable rotor speed, a cascade PID control method based on the acceleration estimator of gas turbine speed (Ngdot) and rotor predicted torque feedforward is proposed. Firstly, a two-speed Dual Clutch Transmission (DCT) model is applied in the integrated rotor/turboshaft engine system to achieve variable rotor speed. Then, an online estimation method of Ngdot based on the Linear Quadratic Gaussian with Loop Transfer Recovery (LQG/LTR) is proposed for power turbine speed cascade control. Finally, according to the cascade PID controller based on Ngdot estimator, a rotor demanded torque predicted method based on the Min-batch Gradient Descent-Neural Network (MGD-NN) is put forward to compromise the influence of rotor torque interference. The simulation results show that compared with cascade PID controller based on Ngdot estimator and the one combined with collective pitch feedforward control, the novel control method proposed can reduce the overshoot of power turbine speed by more than 20%, which possesses faster response, superior dynamic effect and satisfactory robustness performance. The control method proposed can realize the fast response control of turboshaft engine with variable rotor speed better.     

舰船燃一蒸联合循环的稳态与动态特性分析

燃气-蒸汽联合循环（COGAS）是提高燃气轮机经济性有效途径之一。对舰船燃-蒸联合循环系统建立了数学与仿真模型,对其性能进行分析。由分析结果可知,在高或低工况下,燃气轮机采用燃-蒸联合循环后,其效率都显著提高。     

航空发动机推力衰退缓解的神经网络控制

针对航空发动机气路部件性能退化导致的推力下降问题,提出一种基于变增量线性规划(LP)优化 神经网络控制方法用于航空发动机推力衰退缓解控制。该方法通过内环控制转速和发动机压比,外环修正发动机指令信号以缓解发动机推力衰退。其中内环非线性自回归滑动平均(NARMA-L2)转速控制器由神经网络训练得到;外环指令修正回路利用变增量LP优化方法调整发动机指令信号。以某型小涵道比涡扇发动机为对象进行仿真验证,结果表明,在4组仿真条件下,设计的控制方法在保证性能退化的发动机不超限的条件下使推力衰退至少缓解了46.5%,验证了该方法的有效性。