【变循环发动机整机模型建立分析案例12000字】

1变循环发动机整机模型建立分析案例变循环发动机整机模型建立分析案例 11.1概述 21.2动态模型构建 21.2.1基本假设 31.2.2进气道 4 41.2.4风扇与核心驱动风扇级之间容腔 51.2.5核心驱动风扇级 61.2.6前混合室 7 8 91.2.9高压涡轮 101.2.10低压涡轮 11.2.11主外涵道 1.2.14尾喷管 1.3模型介绍 161.4仿真与验证 1.4.1整机稳态仿真 171.4.2整机动态仿真 211.4.3加力动态仿真 1.4.4模态切换仿真 281.5模型校核 1.5.1校核方法 341.5.2校核结果 35双外涵变循环发动机部件级模型。发动机部件Model)建立的基本思路是：根据流质在发动机内部的流经顺序，分别建立进气模型示意图如图4.1所示。尾尾喷管加力燃烧室混合室低压涡轮学高压涡轮燃烧室前混合室核心驱动风扇级风扇进气道副外涵道主外涵道压气机流量平衡根据第二章中的建立的4个容腔的容积动力学方程3涡扇发动机气动热力计算一般从入□0截面开始，然后根据流质流过的顺序逐个计算各个部件。要确定发动机0截面的状态，首先要引入设计点的概念：根的要求等，最后由性能要求计算得出发动机0截面的特征参数。1)所有气体流向均为一维模式；2)不考虑流质粘性力和质量力；3)在容腔内的热力学过程为定常；4)绝热指数k为燃气总温的函数，即k=k(T°,α);41.2.2进气道进气道进口总温,总压,来流5π,=P₃/P₂1σfP6VVP1.2.5核心驱动风扇级781.2.7压气机率更高。压气机需计算出口总温、总压、进出口流量和(π。/W25c),从而计算进口流量，出口总温压气机模块计算原理如图4.6所示。91.2.8燃烧室燃油在燃烧室中燃烧使得整个气流的温度增大。主燃烧室需计算出口总温、初值W₀、P₄和T₄*,之后用上一步计算出的T和P⁴作为WPw,=---P₂掺混涡轮室涡轮w低压涡轮部件特性可以写为进口换算流量和低压涡转速和落压比的函数关系。建模时计算低压涡轮落压比π,根据低压涡轮转速约束条件来获得低压涡轮落压比。低压涡轮模块计算原理如图4.9所示。□流量。主外涵道模块计算原理如图4.10所示。1.2.12混合室由流量连续可知混合器出口流量W65=W¹6冲量定理可得到混合器内涵进口总压混合器出□总压P₆5=P₁/OAB。前混合室模块的计算原理如图4.11所示。加力燃烧室1.2.13加力燃烧室1.2.14尾喷管AeroEngine-MicrosoftVisualC++-IEnginecpp圆文件旧端旧童看凶插入①工程色组建囱)工具①窗□M0帮助(HIe×Inlet.run(height,nahe,P⁵8,Ts⁰,P2,T2,PFan.run(M,T2,P2,IGUfan,P21,T21,P13,T13,U2,Ef//P21、T21由风扇算P23T23由CDFS算Hethod.FantoCDFS(T21,P21,0.0,U21,W23,UBV,0.8B1,P23,T23);//CCDFS.run(阳，P23,T23,IGUCDFS,P27,T27,P24,T24,W23,ECDFS);Conb.run(P31,T31,U31,Mfue1,P4,T//Win:U31+WfuelMout:W(W-1-引气量)Hethod.COMEUSTOR(Ufue1,W31,W,0.Bn1,UuKc,comb.n_reffCom.n_dHUF,Comp.n_rhout,42678,PA,T4);//燃烧室容腔燃气热值4四组建人调试》在文件中查找X在文件2中查找入结果》S0LD就绪仿真条件：h=0km,Ma=0,在仿真过程中，输入主燃烧室供油量W,加力供油量Wfab,尾喷管喉道面积A₈,尾喷管出口截面面积A,,前可调涵道引射速与设计点相差0.6%,高压转速与设计点相差0.4%,推力相差0.19%,耗油率相差0.54%。仿真结果如图4.14所示，整机模型各总体性能参数随燃油流量单调ffWf不再为0。仿真结果与设计点数据进行比较，推力与设计点相差1.19%,耗油率相差1.13%。其中推力偏大，耗油率偏小的原因可能在于推力是根据尾喷管出口较高的精度。仿真结果如图4.15所示。Wf仿真条件：h=0km,Ma=0,Wfab=0kg/s,主燃油流量如下图4.16所示。B图4.17整机单涵模式动态仿真由图4.17可知，变循环发动机整机模型在单涵模式下的加减速过程能很好速过程中，燃烧室出口温度都没有出现超温的状况，但是出现了“尖点”,这是 图4.18压缩部件单涵模式裕度变化曲线仿真条件：h=0km,Ma=0,Wfab=0kg/s,主燃油流量如下图4.19所示。NH速(%)速(%)B仿真条件：h=Okm,Ma=0,调节加力燃烧室供油量，主燃油流量和喷□面积，使得发动机状态由中间状态加力到最大状态。加力燃烧室燃油量在0~5s内保持不变，从5s开始在5s内线性增加到最大状态供油量，然后保持不变至仿真结束。仿真结果如下图4.22所示。速(%(速(%(time/s加力燃油增加，加力温度上升，加力燃烧室出口总压P增加，使得内涵出口总压P₆相应上升，导致发动机EPR上升，这时增大尾喷管喉道面积A₈。同时，涡轮膨胀比下降，涡轮功和转速减小，也需增加主供油量W,,使得高低转子转速维持在稳定状态；将结果与设计点值进行对比，最大状态推力2%,最大状态耗油率相较设计点少2.96%,结果表明整个模型加力状态仿真较仿真条件：h=11km,Ma=0.8,通过调节燃油流量使得发动机高压转子转速保持在切换前状态。主动调节模式选择活门面积，在0~5s时保持模式选择活门面积不变，5~7s时线性由最大面积关闭至0然后保持关闭状态至仿真时间2Os为止；调节前涵道引射器、后涵道引射器和喷□的面积，在0~5s时保持面积不变，5~7s时线性由双外涵模式切换到单外涵模式然后保持状态至仿真时间20s为止。整个输入条件曲线如图4.23所示。 A114time/s式，仿真结果如下图4.24所示。B的推力提高了17.4%,单位推力提高了15.2%,耗油率提高了5.2%。在模式转换仿真条件：h=11km,Ma=1.5,通过调节燃油流量使得发动机高压转子NH 积(%)积(%)time/sBtime/s的推力降低了11.4%,单位推力降低了15.1%,耗油率降低了8.2%。计算的风扇转速、压气机转速、风扇压比、选取某次试验数据，对发动机在高压相对换算转速86%状态下进行发动机模涡轮出口总压的试验测量值为目标值，通过修正风扇、力(%)力(%)从图4.27(c)可以看出，在相对换算转速86%的状态下，风扇压比的计算值发动机处于稳态时，发动机进口总压P₂只与高度和马赫数有关，在本次校从图4.27(d)可以看出，在相对换算转速86%的状态下，压气机压比的计算从图4.27(f)可以看出，在相对换算转速86%的状态下，高压涡轮落压比的计从图4.27(e)可以看出，在相对换算转速86%的状态下，低压涡轮落压比的由于P5偏大导致整个涡轮级落压比偏小。低压涡轮的落压比由高压涡轮出可知，在风扇增压比和涡轮落压比一定的情况下，减小风扇效率7FAN和流量、导叶控制规律和喷口控制规律后超过了实际测可知，在压气机增压比和涡轮落压比一定的情况下，减小压气机效率7cOMP和由图4.28(h)可知此时满,因此只有通过增加风扇出口流量G₂₁才能使CDFS进口压力P2₃增大。增加G₂1的方法是增大修正因子D₁,使得风扇进口流量增大。由式(4-19)可知，要使主外涵道出口压力P₆增大，则需要满足由图4.28(k)可知此时满足,因此只有通过增加外涵道进□G₁₅才能使主外涵道出口压力P16增大。增加G₁₅流量可以通过增大G₂₃流量或者减少G₂₅流量，即增大D₃或者减少D₅。由于P=P₆/06,P₆是由混合室处由冲量定理进行求解，□总压。P₆5=P1gab,在加力燃烧室总压恢复系数保持不变的前提下，减小加加力的情况下，只有减少涡轮出口流量G₅从而减少混合室出口流量G₆5来使得加低压涡轮转子的冷却气流的流量G之和，而低压涡轮进口流量G₄₄是根据低压轮转子的冷却气流的流量G₄为压气机进口流量G₂5与引气比例的乘积。因此减小G₅可以通过两种途径实现：一是减小修正因子D₇使高压涡轮进口流量G₄减小，二是减小修正因子D,使低压涡轮进口流量G减小，三是减小修正因子D使冷由图4.27(m)可知此时满足和G₃+W≤G₄,减小修正因子D₇将使高压涡轮进口流量G₄减小，从而使燃烧室出口压力P增大，进而使压气机压比增大。减小修正因子D₉将使低压涡轮计算压比增大，低压涡轮进□流量减少。减小修正因子D₅使燃烧室进口流量G₃减小，燃烧室出口压力P会减小，从而涡轮级落压比会变小，因此减小修正因子D₅a)增大修正因子D₁使得风扇压比与试验数据误差满足要求；b)增大修正因子D₃使得核心驱动风扇级压比与试验数据误差满足要求；c)调整修正因子D₅使得涡轮级落压比与试验数据误差满足要求；d)调整修正因子D₇使得压气机压比与试验数据误差满足要求；e)调整修正因子D₉