模拟单转子发动机起动性能的计算模型

描述模拟单转子发动机起动性能的计算机数学模型 -DSTGTB。该模型能模拟单转子发动机在地面状态的起动及高空台上的风车状态的起动性能 ,提供了分析和了解发动机在起动过程中运行特性的手段。模型是基于发动机的主要部件的气动热力匹配原理而实现的 ,燃气涡轮发动机的部件匹配技术已广泛应用于慢车以上的稳态和过渡态发动机性能的计算机模拟中 ,该模型通过对部件特性拓展和补建 ,使发动机的部件匹配技术应用于发动机的起动运行。现有的发动机稳态、过渡态模拟技术和匹配方法为本文的工作提供了基础。该模型被应用于某型发动机在地面台上从相对转速 1%起动到慢车状态的运行及高空台上风车状态下起动到慢车状态的运行计算中 ,计算结果与试验数据进行了比较。     

一种航空发动机全状态性能模型

采用基于脊背特性的压气机和涡轮部件性能的参数表示方法建立了航空燃气涡轮发动机全状态性能仿真计算模型.使用该模型对某单轴涡喷发动机的地面节流特性进行了计算模拟,并且与传统的发动机性能模型的计算结果进行了对比.结果表明:主要截面参数的平均相对误差不超过07%,说明该模型在慢车以上转速与传统模型具有相同的计算精度.使用该模型同时对该单轴涡喷发动机的空中风车状态、地面起动加速的全过程、以及减速全过程进行了数值模拟,验证了该模型的全状态性能仿真能力,计算结果定性地符合发动机在各个不同工作状态的物理特征及变化趋势.      

串联式TBCC发动机风车冲压模态性能模拟

建立了基于部件低转速特性匹配的串联式涡轮基组合循环（TBCC）发动机风车冲压模态性能计算模型,提出了压气机低转速大流量特性扩展方法,由换算扭矩代替等熵效率表示旋转部件特性,解决了低转速部件效率不连续相关问题。分析了冲压外涵面积变化和涡轮功率提取对风车冲压模态性能及部件匹配的影响规律,并基于推力、流量连续准则设计了涡轮模态至冲压模态转换过程（含风车冲压模态）的参数调节规律。计算结果表明:在风车冲压模态下,冲压外涵面积变化对风扇工作状态有显著影响,对压气机影响较小;涡轮可提取功率随着风车转速的减小先增加后降低,比冲随提取功率的增加基本呈线性降低趋势,功率提取位置（高、低压涡轮）对部件匹配有显著影响。      

外并联式TBCC发动机模态转换性能模拟与分析

针对Ma7一级外并联式TBCC发动机,发展了组合进气道模态转换性能简化计算模型和高马赫数涡轮发动机风车性能计算模型,实现了TBCC发动机由涡轮模态至冲压模态完整转换过程的动态性能模拟。将模态转换过程划分为冲压发动机冷通流打开和涡轮发动机关闭加力、降转、风车关闭等四个典型阶段,基于推力连续准则提出了模态转换策略。计算结果表明:模态转换期间,TBCC发动机的推力转换主要发生在涡轮发动机由全加力状态变化至不加力状态过程中;模态转换前期处于冷通流状态的冲压发动机以及后期处于风车状态的涡轮发动机产生负推力,最大值分别为模态转换后总推力的5.3%和13.7%;当涡轮发动机进入风车状态时,风扇和压气机的工作点均位于其特性图的低转速大流量区域,此后随着涡轮发动机空气流量的减小,风扇压比和压气机压比均趋向于1.0,与相关试验结果基本一致。     

高马赫数涡轮发动机性能模拟

对马赫数4.0一级的高马赫数涡轮发动机进行了研究,分析了高马赫数涡轮发动机的结构形式和工作原理,建立了性能计算模型。利用泵理论拓展了发动机的低转速部件特性,对某高马赫数涡轮发动机方案进行了性能计算,并分析了其风车冲压模态的性能变化趋势。计算结果表明,该发动机在马赫数3.7时进入风车冲压模态;由于主燃烧室熄火,其推力在模态转换阶段将出现暂时震荡,比冲将在模态转换点达到最低值。     

涡扇发动机低转速部件特性扩展和风车状态性能模拟

借助涡扇发动机风车特性研究的最新成果,开展了某型涡扇发动机的风车性能数值模拟研究.首先,基于不可压流理论,附以可压缩效应修正的指数法发展了补充慢车转速以下部件特性的计算模型和计算程序;其次,根据流量连续、压力平衡、功率平衡、燃烧室进出口总温相等及转速相等等约束条件建立了风车状态时涡扇发动机高低压转子及整机的共同工作方程;最后发展了具有一定计算精度的涡扇发动机风车状态特性计算模型和程序,并以某型涡扇发动机为例,计算分析了不同飞行条件下发动机的风车特性,从计算结果看,其趋势是合理的.     

某型涡扇发动机起动和加速过程数值模拟

借助国内外涡扇发动机过渡态数值模拟研究的最新成果,开展了某型涡扇发动机起动加速过程的数值模拟研究。首先参照风机和泵类机械低转速部件特性相似理论,结合指数外插法,成功地发展了航空燃气涡轮发动机低转速部件特性扩展方法和计算程序;其次,基于燃气涡轮发动机部件匹配原理,写出描述部件内动态流动过程的三个基本方程：动量守恒方程（功率平衡方程）、流量连续方程和能量守恒方程;最后发展了具有一定计算精度的涡扇发动机起动加速过程的数值计算模型和程序,对某型涡扇发动机的起动和加速过程进行了数值分析,并与试验数据进行了对比分析。结果表明,给出的数值计算结果与试验数据具有较好的一致性,表明发展的模拟涡扇发动机起动加速过程的数学模型和程序是合理的。     

双转子涡喷发动机风车特性的计算与分析

 提出了一种利用发动机部件特性计算双转子发动机风车特性的方法 ,主要用于发动机方案论证阶段的风车特性的计算。为解决高、低转子匹配问题 ,在计算高压转子时 ,把它当成单转子发动机来计算 ;在计算低压转子时 ,则把高压转子看成是低压转子的一个阻力元件。以某型发动机为例 ,计算出风车特性基本符合试验结果     

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.      

一种简化算法的航空发动机全状态数学模型

通过一种简化的燃气空间模型对某型双转子混排加力涡扇发动机各部件进行了建模和仿真计算,并给出了详细的计算流程以及数学公式.在仿真过程中结合实际工程应用经验,对涡轮处采用一个局部的小循环迭代以减小涡轮部件内燃气空间计算的时间步长,提高计算精度.与其他数值方法相比,该简化算法避免了求解非线性方程组时大范围的循环迭代,提高了全状态数学模型的计算速度.通过仿真结果与发动机实际试车数据的对比,证明该方法有足够的计算精度.      

航空发动机风车阻力的试验确定

风车特性是航空发动机设计和考核的重要性能指标,由于风车状态严重偏离发动机的设计工作状态,因此很难准确确定发动机的风车特性尤其是风车阻力特性。本文分析了航空发动机风车阻力的产生机理,推导了发动机高空台试验中风车阻力确定的计算公式,介绍了航空发动机风车阻力确定的试验方法。该方法在某型涡扇发动机风车特性试验中得到了成功应用。      

基于相似原理的风车状态进口空气流量和内阻力估算方法

风车状态进口流量和内阻力是试飞安全评估中必须获取的重要信息。为评估燃烧室空中复燃能力和风车状态下飞机阻力,在1维管流理论基础上,结合流量连续原理,介绍了1种通过直接测量尾喷管出口马赫数、间接获取空气流量和内阻力的测量方案,并根据相似原理,将其推广应用至不同几何的发动机,发展了1种不依赖发动机部件特性,且适用于不同几何结构的涡喷/涡扇发动机通用的风车状态空气流量和内阻力估算方法。最后以GE公司的CF34-10A发动机为例,对其风车状态下的进口空气流量和内阻力进行了估算,估算结果与GE公司提供的风车状态数据吻合,满足工程需求。该方法对多发飞机起飞、爬升、着陆以及巡航阶段单发失效时的飞机阻力性能估算和风车起动研究具有重要意义。     

计算涡扇发动机风车起动特性的辨识模型

针对高空风车条件下涡扇发动机起动性能估算问题, 提出了运用约简遗传规划算法进行模型结构自动选择的思路, 对基于约简遗传规划的风车起动模型进行了研究.以某型涡扇发动机为例, 运用该算法对给定条件下该型发动机的风车起动过程进行了建模仿真, 得到了起动过程的估算结果.将估算结果与试验数据对比, 验证了方法的正确性、可行性.      

某型弹用涡喷发动机启动加速控制规律设计

为满足某弹用涡喷发动机大空域风车启动加速要求，分析了发动机控制系统原控制方案的局限性，通过引入新的控制输入参数提出了新的控制方案，进行了涡喷发动机新方案控制规律研究和设计。通过地面台架与高空模拟台验证试验结果表明，新方案控制规律满足发动机大空域风车启动加速要求，新控制方案是切实可行的，某涡喷发动机数字电子控制系统控制规律设计一次成功。     

一种涡轮发动机加速控制规律设计的新方法

 提出了一种涡喷、涡扇发动机加速控制规律快速设计的新方法：在发动机稳态特性计算模型的基础上,通过额外增加转子提取功率,使得发动机稳态工作点（线）靠近喘振边界,在同时考虑燃烧室富油熄火边界、涡轮进口总温限制以及压气机喘振裕度限制的条件下,利用适当的控制规律描述形式并结合发动机工程研制中的经验,能够快速而准确地获得涡喷、涡扇发动机加速控制规律。对某型涡喷发动机加速控制规律的改进的计算结果表明,提出的加速控制规律的设计方法准确而有效。     

风车载荷情况下民用飞机结构强度评定方法

按照适航要求,需要对风车载荷下民用喷气运输飞机结构强度进行评定。首先从静强度、疲劳强度、损伤容限的角度,介绍风车载荷下飞机结构强度的评定方法。以已经获得适航认可的分析方法为基础,根据各方法的特点,结合风车载荷情况的特点,进行合理改进,形成适用于风车载荷下飞机结构强度的评定方法。其次从基本剖面形式、修正参数、结构动力学建模方法、评定部位的筛选标准、评定结果的判据等方面进行介绍,并展示该评定方法的优点。最后简要说明其在型号上的应用情况及适航审查要求及结果,并提出该评定方法的改进建议。     

涡扇发动机高空起动模型研究

基于慢车以上的部件级模型, 通过外推部件特性, 建立了双转子涡扇发动机部件级高空起动模型, 可执行高空风车起动或起动机起动仿真.模型考虑了起动过程中油气比对燃烧效率的影响, 燃烧室、高低压涡轮的热惯性及起动过程中总压恢复系数的变化, 采用容积动力学方法避免了迭代运算, 仿真结果表明该模型具有实时性, 仿真转速误差小于5%, 能够满足发动机高空起动性能仿真的需求.      

涡喷发动机风车启动工况的神经网络建模

弹用涡喷的风车启动工况是复杂的非线性过程，由于此时压气机处于非设计工况（膨胀）而造成机理建模的困难。神经网络对于非线笥映射具有任意逼近能力，应用径向基函数神经网络（RBFN）对涡喷发动机风车启动阶段进行了实验建模，寻选取网络参数及训练样本，达到了很高的精度，对确定发动机可靠点火点和启动过程仿真等都有一定的价值。     

应用非均匀B样条拟合涡轮发动机部件特性

为了使气动热力模型更好的逼近涡轮发动机,应用成熟的非均匀B样条来拟合部件特性.这种方法既可以保证发动机计算的整体性能也大大提高了其局部特性的准确性.单轴涡喷发动机的算例证明了方法的有效性.