基于直升机飞行性能需求的涡轴发动机设计参数选取方法研究

以直升机性能计算方法为基础,辅以考虑尺寸效应及设计能力的涡轴发动机设计方法,建立了以直升机旋翼桨盘载荷及最大起飞功重比为特征参数的直升机/涡轴发动机性能约束分析模型、任务分析模型及基于直升机飞行性能需求的涡轴发动机设计参数选取模型。针对涡轴发动机部件/系统设计能力及直升机飞行性能需求,首先开展了给定涡轴发动机循环参数下的流量匹配计算,然后开展了涡轴发动机循环参数选取研究。研究表明,所建立的直升机/涡轴发动机性能约束分析模型、任务分析模型可实现给定飞行任务的直升机/涡轴发动机性能耦合设计;在给定涡轴发动机循环参数条件,由于尺寸效应,涡轴发动机部件效率受进口流量的影响,其设计点功率并不随流量等比例变化,从而使得直升机起飞总重呈现非等比例变化;在涡轴发动机循环参数选择时,在满足直升机飞行性能需求下,存在涡轴发动机耗油率与单位功率之间权衡下的循环参数选取,使得直升机起飞总重最小。     

涡轴发动机通用仿真平台研究

采用部件法建立涡轴发动机通用模型的难点是:如何为发动机模型的各部件参数和特性数据块建立统一的输入接口;建立的稳态模型和动态模型均要在全包线范围内收敛;动态模型要求在任意高度和马赫数下均能满足实时性要求.文章利用Vc++编程语言建立了统一特性数据输入接口;综合使用多种方法使数学模型达到全包线范围内收敛和满足实时性要求的目的.     

直升机旋翼/发动机一体化仿真模型

 建立铰接式、叶片为刚性的非线性旋翼模型和发动机的非线性气动热力学模型以及简化的供油系统和传动机构模型，并将各子系统模型组合成旋翼／发动机一体化模型。在此基础上研究了一体化系统模型对操纵量改变的动态响应以及供油系统改变对系统的影响。     

波转子技术对涡轴发动机性能的影响

本文分析了采用波转子技术后涡轴发动机的性能改变，讨论的是典型的四端口波转子加入基准发动机后可采用的五种循环形式，用热力学方法计算了波转子发动机的性能参数。结果表明，采用波转子技术可在保持压气机压比、涡轮膨胀比和进口温度不变的情况下大幅度提高基准发动机性能。     

小高空台高空模拟试验调试

根据航空涡桨和涡轴发动机通用规范的要求，涡轴发动机在研制过程中必须进行高空模拟试验。为此，中国燃气涡轮研究院自行设计和建成了国内首座涡轴发动机高空模拟试车台（简称小高空台）。在小高空台设备性能调试结束之后，又成功地完成了涡轴发动机高空模拟调试。涡轴发动机高空模拟试验调试不仅是对涡轴发动机高空模拟试验方法的探索，而且也是水力测功器在低温负压下的验收调试。小高空台的建成将为我国自行研制涡轴发动机提供一个必需的高空模拟试验平台。     

涡轴发动机动力涡轮转速控制回路方案研究

比较分析了航空涡轴发动机动力涡轮转速回路的2种控制方案(单回路控制方案和串级控制方案)。针对单回路控制方案控制性能差、串级控制方案参数整定繁琐的缺点,提出了一种新的串级控制方案。试验结果表明,新的串级控制方案性能优于原来的2种控制方案的。     

环境小偏差条件下涡轴发动机轴功率及其不确定度计算方法

对涡轴发动机高空模拟试验性能处理方法作了研究,利用小偏差和传统的相似换算理论研究了涡轴发动机轴功率计算方法,推导出了环境模拟小偏差条件下的轴功率计算公式。试验结果表明:在小偏差条件下,该计算方法得到的误差比相似换算的误差低0.2%~0.6%。给出了小偏差条件下的换算轴功率公式和不确定度计算公式。该轴功率计算方法和不确定度计算方法可以为相关工程技术人员提供技术参考。      

涡轴发动机简化实时模型研究

涡轴发动机数控系统传感器故障诊断需机载的发动机数学模型,由于缺乏部件特性数据,根据某型发动机地面试车稳态数据和动态数据,建立涡轴发动机慢车以上状态简化数学模型。该模型具有较好的实时性,稳态模型采用插值算法,动态模型针对不同参数分别采用动态系数法和转子动力学方法。数值仿真结果表明：该简化模型具有较高的动态和稳态精度,可以满足传感器故障诊断的需求。     

带级间燃烧的涡轴发动机性能仿真

为了分析涡轮级间燃烧技术对常规涡轴发动机性能提升的潜力,针对两种带级间燃烧的涡轴发动机性能方案,分别建立了部件级稳态性能计算模型,并通过仿真对比分析了级间燃烧室不同温升及总压损失条件下发动机的整机性能,结果表明:级间燃烧室总压恢复系数和温升对单位功率和总功率影响较大,当级间燃烧室总压恢复系数为0.95、温升为200K时,保持进口空气流量不变,涡轴发动机单位功率和总功率增加17%,耗油率增加约11%;在高的级间燃烧室温升条件下,适当增加动力涡轮导向器面积,改善涡轮流通能力,有利于进一步提高整机功率,降低动力涡轮前温度;两种方案对比,在涡轮过渡段设置级间燃烧室空间上更好布置,性能上更占优势.      

涡轴发动机部件特性修正及更新方法

针对由航空发动机零部件制造、装配及性能退化引起的发动机模型与实际发动机之间的性能不匹配问题,提出1种基于粒子群优化算法(PSO)的发动机部件特性自动修正及更新方法。根据发动机部件级模型的输出数据和发动机性能分析软件GasTurb计算结果,以发动机关键测量参数所定义的目标函数最小为优化目标,利用PSO获取不同相对换算转速下的部件特性修正因子,并在线完成特性图的自动更新。并以某型涡轴发动机为对象进行仿真验证,结果表明:该方法可有效提高涡轴发动机部件级模型的精度,并直接输出更新后的部件特性。