高速飞行器用射流预冷却涡轮基发动机性能模拟

根据预冷却涡轮基发动机的工作机理,建立了考虑变比热的计算预冷却涡轮基发动机性能的数学模型,编制了相应的计算软件;并以某小型涡喷发动机为例,沿飞行轨迹计算分析了射流预冷却对发动机性能的影响。从计算结果可以看出,采用喷流预冷却方式,可以大大扩展常规涡轮喷气发动机的工作范围,能够满足高速飞行器或两级入轨飞行器第一级动力装置的要求。     

高超声速串联式组合动力装置方案

为保证高超声速运输机在宽广的飞行包线内(Ma＝0~5,H=0~30km)稳 定可靠工作,对涡轮/冲压组合动力装置串联方案展开研究.首先建立了经试验数据校核的 适于高超声速飞行的组合动力装置部件级变循环详细非线性性能计算模型;在此基础上,利 用发动机设计点热力循环分析和非设计点性能分析方法对串联方案的综合特性进行评估,最 终给出一种经过优化的串联布局涡扇/冲压组合动力装置总体性能设计方案.研究结果表明 ,优化方案可有效地缩小组合发动机的结构尺寸与重量,有利于进气道,喷管的调节以及冲 压燃烧室燃烧的组织.通过综合调整发动机5个可调几何部位以及涡轮发动机燃油流量和冲 压燃烧室燃油流量,可以实现涡扇/冲压模式的平稳转换.      

大飞机四轮升压制冷系统焓参数法匹配计算

国外先进民机座舱制冷系统已采用高性能四轮升压式高压除水制冷系统.针对传统的系统参数匹配方法复杂的特点,引入焓参数法建立了四轮升压式高压除水制冷系统匹配计算模型,用所建模型进行了匹配计算,并分析了流比、风扇功率比参数和涡轮功率比参数对系统性能的影响.计算结果表明:用焓代替温度作为系统各附件热力计算的状态参数,使得物理概念清晰,匹配过程简单,编程易于实现.避免了重复计算各附件连接点湿空气的饱和含湿量,简化了换热器的热力计算过程.研究成果为大飞机的研制提供了一定的理论指导.     

高超声速涡轮/冲压组合发动机方案

为满足高超声速运输机在宽广的工作范围内(Ma＝0~5,H=0~30 km)稳定,可靠工作,研究了涡轮/冲压组合动力装置并联方案.完成了涡扇发动机和冲压发动机的总体性能方案设计,2种工作模式转换过程和沿飞行轨迹的组合发动机稳态特性模拟也已接近尾声.建立了适合高超声速飞行的涡扇发动机、冲压发动机可变几何的部件级详细性能计算模型,比较分析了涡扇发动机的加力方案;考虑了进气道/发动机流量匹配对发动机特性的影响;给出了涡轮/冲压模式转换阶段的稳态性能仿真结果.      

基于RLV飞行过程的氢氧发动机参数设计模型

为了考察氢氧发动机参数选择对可重复使用运载器性能的影响,基于氢氧发动机参数建立了可重复使用运载器入轨飞行过程的计算模型,包括运载器运动方程、飞行控制条件和质量模型,研究了发动机混合比对运载器飞行参数和运载器质量的影响规律.在运载器总质量恒定的情况下,随着发动机混合比由4增大到14,推进剂质量和发动机质量先减小后增大,储箱质量减小,三者的综合效果使得有效载荷质量先增大后减小.      

涡轮盘瞬态温度场的分析方法

本文首先分析一个简化涡化盘模型，得到了各边界条件参数如冷气和燃气温度，换热系数对其温度场计算精度影响大小的排列次序，据此，在原稳态工作的基础上，建立了直接利用发动机工作参数计算和分析涡轮盘瞬态温度场的原理和方法，编制了有限元计算程序，同时进行了实例验算，计算结果与实测相比，误差一般不大于１０％。     

军用飞机,发动机战技性能评估研究

飞机、发动机战技性能的评估,无论对于改型论证工作,或者对于新机论证和初步设计都有极其重要的意义。本文介绍了由北航研究发展的飞机/发动机一体化评估系统(简称为AEAS),以及利用AEAS对军用飞机/发动机(涡喷或涡扇发动机)组合方案战技性能评估研究的一些结果。还讨论了利用AEAS具有的优选功能,根据飞机飞行任务和战技性能要求,分别或同时对飞机/发动机系统主要设计变量(如飞机起飞推重比,翼载,机翼外形几何参数和发动机循环参数等)的各种组合进行优选,求得最佳方案的算例。使用AEAS的初步经验表明,计算结果合理,计算精度和所需CPU时间适合于飞机/发动机系统方案论证和初步设计阶段工作的需要。     

基于试飞分析的直升机动力系统边界保护控制方法

涡轴发动机作为直升机等旋翼飞行器动力系统的主要部件,一旦发动机关键参数超限,一般采用降低燃油量及功率的方法进行限制,会暂时降低动力涡轮转速,使其低于正常额定状态约4%～6%。若未及时脱离超限状态,可导致动力涡轮转速继续降低,威胁飞行安全。为解决上述问题,基于对某型直升机从现象到数据的试飞分析,提出一种控制方法,通过设计总距控制律,在发参超限状态下实现动力系统边界保护控制,若未及时脱离超限状态,则自动改出,恢复动力系统正常控制,大幅增强了直升机动力系统控制的鲁棒性及飞行的安全性。通过动力系统建模,并对控制律进行仿真,验证了所提方法的正确性。     

低Re对某小型涡扇发动机性能影响

低雷诺数问题是影响高空长航时无人驾驶飞机的动力装置性能的关键因素之一.定量分析了低雷诺数效应对某小型大涵道比涡扇发动机性能的影响.当雷诺数减小到一定程度后,各部件的性能将发生改变.在发动机整机环境下,增压级和低压涡轮的进口叶弦雷诺数相对更低,受飞行高度和速度的影响也更大.在发动机共同工作条件的作用下,各部件的匹配关系将发生变化,除部件效率的降低以外,部件流通能力的衰减也引起发动机性能的降低.涡轮前温度的限制将使发动机转子转速下降,低雷诺数效应加剧,从而导致发动机性能的进一步降低,推力迅速减小,但发动机涵道比的增加可以减小因部件性能衰退引起的耗油率上升的趋势.     

基于LMI的过渡态主控回路闭环控制律优化设计

针对涡扇发动机过渡态多变量控制设计难的问题，提出了一种基于抽功法在过渡态加减速线上的准稳态工作点处提取线性模型的方法，并在此基础上提出了一种过渡态主控回路闭环控制律的优化设计方法。通过功率输入和功率提取解决过渡态动态特征提取难题，基于增益调度可作为非线性动态控制策略的基本原理，将稳态多变量控制规律的线性矩阵不等式(LMI)设计方法推广到涡扇发动机过渡态主控回路闭环控制的设计中，并通过最小化矩阵迹优化闭环极点配置。针对2种不同过渡态主控回路闭环控制策略，分别设计了最小化矩阵迹寻优的过渡态主控回路的多变量闭环控制律，并进行从慢车到中间状态的基于涡扇发动机非线性动态模型的双通道过渡态性能仿真验证，结果表明:方案1过渡态控制双通道N₁、N₂的调节时间不大于5.0 s，超调量不大于0.8%；方案2过渡态控制双通道π_T、N₂的调节时间不大于5.6 s，超调量不大于0.8%。      

涡扇发动机地面起动过程性能模拟

用积分方法建立了混合排气加力涡扇发动机起动过程模拟模型并用该模型进行了仿真计算,模型基于气动热力学方程、各部件特性以及经验关系式,根据给出的发动机起动过程初始条件、燃烧室供油规律等进行计算.为说明所建立的起动性能模型的模拟效果,将程序计算结果与试验结果进行了比较,结果表明该起动仿真模型能较准确地模拟混排加力涡扇发动机的地面起动过程.还分析了计算过程中对起动过程有比较大影响的因素,包括计算时间步长,起动机脱开转速,燃烧室总压恢复系数的经验系数,大气温度、压力以及海拔高度等.了解这些因素对起动过程及模拟结果的影响,便于通过修正的途径将该计算方法用于发动机地面起动性能的准确模拟.      

航空发动机多变量变增益控制器设计及仿真

针对航空发动机全包线工作下的多变量变增益控制器设计问题,给出了一种改进的埃德蒙德算法（以下简称KQ算法）并进行了仿真应用。首先,阐明了多变量KQ算法的控制原理与优化算法,进而通过闭环期望函数选择、控制器结构选择以及控制器参数优化进行了KQ控制器设计,并针对所设计的KQ控制器,给出了稳定性证明和系统奇异值分析。分析表明所设计KQ控制器能够使系统闭环稳定,且具有满意的低频指令跟踪、干扰抑制能力、传感器噪声的抑制、高频未建模动态的鲁棒稳定性和低频发动机建模误差不敏感等性能,满足发动机控制要求。其次,通过调度变量选择、设计点KQ控制器设计以及采用插值方法的非设计点KQ控制器设计等过程实现某型涡扇发动机的多变量KQ变增益控制器设计研究,并进行仿真验证。仿真结果表明,设计点条件下,当涡轮后温度和增压比参考输入均为阶跃信号时,其被控参数响应速度很快,且上升时间均小于1 s,耦合影响小于6%,设计点KQ控制器满足控制要求;非设计点条件下,利用插值方法建立的KQ变增益控制器具有较好的性能,能够实现该型涡扇发动机全包线控制性能要求。      

S形进气道/JT15D-4涡扇发动机地面实验与数值模拟

为进一步研究所设计的S形进气道与涡扇发动机共同工作时对发动机性能和稳定性的影响,制作了S形进气道1∶1玻璃钢模型,安装在小型涡扇发动机JT15D-4上,观察发动机在地面台架条件下的工作状态,并进行了相关数据的测量.利用CFD(Computational Fluid Dynamics)方法进行同样条件下的进气道数值仿真计算.将计算结果与实验结果相比较,结果表明:两种方法得到的数据相吻合,一方面说明所设计的S形进气道与发动机匹配良好,能够保证发动机的正常运转;另一方面说明,CFD方法可用于进气道的设计验证.     

氮氢混合气电弧加热发动机的性能试验

概述了用自制的脉宽调制电源供电，以氮氢混合气（模拟肼的分解产物）作推进剂的电弧加热发动机性能试验的情况及初步结果，试验表明，自制的脉宽调制电源工作稳定；在混合气作推进剂的情况下，DHSL－1和DHSL－2 发动机可以正常运行，但由于发动机的高温密封性能不好（漏气），测得的性能数据偏小。     

液体姿控发动机76km高空模拟试验系统性能仿真

为研究液体姿控发动机76 km高空模拟试验系统的工作性能,建立了考虑燃气相变的试验系统集中参数动态仿真模型。模型由真空抽气系统、冷凝管束和液氮外流程3个子模型组成。根据燃气、霜、液氮之间的传热和传质过程将各子模型耦合在一起。以四氧化二氮/甲基肼双组元姿控发动机为实例,计算了稳态和脉冲点火试验时系统的工作参数,分析了关键设计参数对其工作性能的影响。结果表明:试验系统能够为最大流量6.4 g/s(推力约16.5 N)的发动机提供脉冲和6×10~4s长程稳态试验环境;在长程稳态试验中,冷凝管束霜层将依次饱和,失去对二氧化碳和水蒸汽的抽吸能力,导致真空舱压力逐渐升高;在脉冲点火试验中,真空舱压力将随发动机工作而脉冲波动,15 ms开关脉冲时的压力波动幅度约70%。研究结果为液体姿控发动机高空模拟试验系统的设计与改进提供了参考。     

基于舵面配平的飞机续航飞行航迹优化方法

舵面偏转除了能够提供保证飞机稳定飞行的配平力矩,还将改变飞机的升阻比,从而影响其续航性能。在基于飞机质点假设的传统航迹优化方法的基础上,研究了飞机的升阻特性对其续航性能的影响:在上升段、巡航段及下降段前期增大升阻比,在下降段后期减小升阻比,有利于提高飞机的续航性能;提出了基于舵面配平的续航飞行航迹优化方法,以获得更接近于发挥飞机实际潜力的最优航迹与最大航程。对于多操纵面布局飞机,通过该方法能够确定其最优舵面组合配平规律。算例飞机的优化结果表明:相比单一舵面配平,最优舵面组合配平能够使算例飞机的总航程最大提高7.5%。      

小样本理论在航空发动机研制费估算中的应用

研究了小样本理论中的偏最小二乘法在航空发动机研制费估算中的适用性,系统收集了国内10余种军用涡喷/涡扇发动机的技术性能和研制费数据,选取涡轮进口温度、军用耗油率、发动机军用推力、发动机加力推力、发动机推重比、发动机净重、总增压比、空气流量、翻修寿命、原型机数量、完成时间等技术参数,将小样本理论中的偏最小二乘法应用于军用航空发动机研制费估算模型的研究,形成了基于主要性能指标的军用航空发动机研制费参数估算模型,并建立了军用航空发动机研制继承系数的概念.计算结果表明,该模型较国内其他已有模型的精度有所提高,达到了10%,可以应用于我国航空发动机研制费的快速估算.