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涡轴发动机热力循环计算.rar

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    编号:20181030002725535    类型:共享资源    大小:5.11MB    格式:RAR    上传时间:2018-10-30
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    发动机 热力 循环 计算
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    本科毕业设计(论文)涡轴发动机热力循环计算学生姓名: 周明显 专 业: 飞行器动力工程 学 号: 110141138 指导教师: 张银波 所属学院: 航空工程学院 二〇一五年六月中国民航大学本科毕业设计(论文)涡轴发动机热力循环计算Gas Turbine Shaft Engine Thermodynamic Cycle Performance Calculation学生姓名:周明显专 业:飞行器动力工程学 号:110141138指导教师:张银波学 院:航空工程学院2015 年 6 月中国民航大学本科毕业论文创见性声明本人声明:所呈交的毕业论文是本人在指导教师的指导下进行的工作和取得的成果,论文中所引用的他人已经发表或撰写过的研究成果,均加以特别标注并在此表示致谢。与我一同工作的同志对本论文所做的任何贡献也已在论文中作了明确的说明并表示谢意。毕业论文作者签名: 签字日期: 年 月 日本科毕业设计(论文)版权使用授权书本毕业设计(论文)作者完全了解中国民航大学有关保留、使用毕业设计(论文)的规定。特授权中国民航大学可以将毕业设计(论文)的全部或部分内容编入有关数据库进行检索,并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交毕业设计(论文)的复印件和磁盘。(保密的毕业论文在解密后适用本授权说明)毕业论文作者签名: 指导教师签名:签字日期: 年 月 日 签字日期: 年 月 日摘 要进行燃气涡轴发动机热力循环性能研究计算,不仅能深化和加强对发动机原理的研究、也有助于对发动机性能的评判分析,是理论教学的延伸、科研生产的基础。因为在这一研究过程中,既涉及到运用原理知识进行过程的推导,又能得出所设计发动机的相关特性性能。而在选择研究方式时,一方面,进行发动机相关实验一般需要花费巨额的资金、并且对硬件设施有苛刻的要求;另一方面,计算机数值仿真模拟凭借其经济、高效、精确、可靠的特点正被广泛应用到生产和科研,因此,选用计算机数值仿真技术进行对燃气涡轴发动机热力循环性能计算。研究的实现方式是基于 Visual Basic 的程序设计语言,中间过程的原理基础和核心是逐一对发动机各个部件截面热力性能参数的计算。通过编写程序,对所给原始数据参数的处理分析,可以得出所需的热力循环性能计算的结果:涡轴发动机的轴输出功率随动力涡轮落压比增大而增加,燃油消耗率随落压比的增加而减少。关键词:燃气涡轴发动机;热力循环性能计算;计算机数值仿真模拟;轴输出功率 ;燃油消耗率中国民航大学本科毕业论文IAbstractThe calculation of Gas turbine shaft engine thermodynamic cycle performance can not only deepen and strengthen the research on engine theory but also help judge and analysis the performance of the engine. It is also the extending of theory teaching and the basis of academic research and production. Because the course of the research can not only involve the formula deriving depend on theory knowledge but also get the result of the engine character performance. And in the choice of research methods, on the one hand , the engine experiments generally need to spend huge amounts of money and the hardware facilities are stringently required, on the other hand , numerical simulation of computer are widely used in production and scientific research because of its characteristics of economic, efficient, accurate, and reliable. Therefore, the numerical simulation technology of computer is selected to used in the search of Gas turbine shaft engine thermodynamic cycle performance calculation. The research is based on Visual Basic programming language, and the principle and core of the intermediate process is based on One by one to calculate section thermal performance parameters of engine parts. By writing procedures for processing and analysis of raw data given parameters, the desired calculation result of Gas turbine shaft engine thermodynamic cycle performance can be obtained. The result is that Vortex axis motor shaft power output along with the power turbine pressure ratio increases with increasing, specific fuel consumption decreased with the increase of the falling ratio. Key Words: Gas turbine shaft engine; Thermodynamic cycle performance calculation; Visual Basic; Shaft output power;Fuel consumption rate中国民航大学本科毕业论文II目 录摘 要 .....................................................................................................................IAbstract..................................................................................................................II第 1 章 绪论 ........................................................................................................11.1 理论研究背景 .......................................................................................11.2 涡轴发动机概述 ...................................................................................11.3 发动机数学模型及性能计算技术简介 ...............................................2第 2 章 涡轴发动机的热力循环分析 ................................................................42.1 涡轴发动机热力循环设计参数的选择原则 .......................................42.1.1 涡轴发动机单位轴输出功率及其影响因素 ............................42.1.2 涡轴发动机燃油消耗率及其影响因素 ....................................42.2 涡轴发动机性能分析 ...........................................................................52.2.1 涡轴发动机压气机增压比和加热比对轴输出单位功率和燃油消耗率的影响分析 ....................................................................................52.2.2 涡轴发动机燃烧室出口总温对轴输出功率和燃油消耗率的影响 ....................................................................................................................62.2.3 涡轴发动机动力涡轮落压比对轴输出功率和燃油消耗率的影响 ................................................................................................................6第 3 章 涡轴发动机热力循环性能计算及分析 ................................................83.1 设计点热力性能计算的目的 ...............................................................83.2 涡轴发动机数学模型的建立 ...............................................................93.2.1 发动机数学模型的假设 ............................................................93.2.2 等熵绝热的计算方法 ................................................................93.2.3 分段定比热法 ..........................................................................103.2.4 分段平均比热容法 ..................................................................103.2.5 变比热计算方法 ......................................................................113.3 燃烧室油气比的计算方法 .................................................................123.4 涡轴发动机的设计点热力性能计算及结果分析 .............................133.4.1 前提条件 ..................................................................................133.4.2 计算步骤 ..................................................................................143.4.3 动力涡轮落压比对燃油消耗率和轴输出功率的影响 ..........173.5 本章小结 .............................................................................................17第 4 章 涡轴发动机性能计算程序说明 ..........................................................18中国民航大学本科毕业论文III4.1 程序的初始化界面 .............................................................................184.2 涡轴发动机热力计算程序说明 .........................................................184.3 涡轴发动机性能分析及其程序说明 .................................................20第 5 章 结论 ......................................................................................................235.1 研究结果和理论分析 .........................................................................235.2 总结与展望 .........................................................................................23参考文献 ..............................................................................................................25致 谢 ..................................................................................................................26附录 A:程序清单 ..............................................................................................27附录 B:外文翻译资料 ......................................................................................30中国民航大学本科毕业论文0第 1 章 绪论1.1 理论研究背景自上个世纪三十年代以来,航空燃气涡轮发动机技术已经得到了很大的提高,在很大程度上确保了航空飞行器在性能、最大航程和有效载荷上有了巨大的进步。但是在航空涡轮发动机刚发展的时期,由于其燃油耗油率高和推重比比较小导致了航空涡轮发动机很少应用在航空领域。但历经几十年的发展,燃气涡轮轴发动机在民航和军用航空领域方面得到了广泛的应用,尤其是在高速飞行的领域。航空涡轮轴发动机是一种输出轴功率的燃气涡轮发动机。涡轴发动机的基本工作过程原理是与其他的涡轮发动机基本相似,只是在燃烧室中空气与燃油混合燃烧产生的可能能量一部分用于带动压气机旋转做功,另一大部分则通过轴输出功率驱动直升机的旋翼和尾桨。在低空飞行器刚发展的早期,直升机的主要动力来源一般是活塞式发动机。但自从上个世纪六十年代以来,新研发出来的大部分低空飞行器一般都使用涡轴发动机作为主要的动力来源。相对于早期的活塞式发动机来说,燃气涡轴发动机的推重比大、振动小、最大截面积小,且便于维修等优点,可以大大提高发动机的起动性能。因此,涡轴发动机自 20世纪 50 年代开始逐步取代了活塞式发动机,成为直升机的主要动力装置 [1]。在航空燃气涡轮轴发动机的设计工作过程中,为了得到试验的最优化参数组,我们往往需要选择在不同的飞行条件及过程参数下计算出来的数据达到最优化的结果。通过比较分析,得出即满足飞行性能要求,又要符合当前水评的一组优化参数。并在此基础上对发动机的结构设计。因此,在发动机的设计过程中,对发动机的设计点和非设计点进行性能计算是非常重要 [2]。对燃气涡轴发动机的研究设计工作我们也有开展进行了几十年,并在设计、制造、设施、试验等各个方面都取得了很大进步。但与欧美国家相比,我国涡轴发动机的整体研制水平仍有很大的差距,研制水平低,基础理论研究和应用都还不完善。到目前为止还没形成一套完整的涡轴发动机设计规范。我国涡轴发动机的研制基本上是靠合作引进为主,不但型号少,而且水平偏低,没有形成系列化的发展有利局面 [3]。1.2 涡轴发动机概述涡轴发动机的本质上也是一种热力机械,通过燃料燃烧将化学能转化为可利用的内能动能。如下图 1-1 所示,跟其他的涡轮发动机一样,都是由发动机的五大基本部件组成,包括进气道、压气机、燃烧室、燃气涡轮、自由涡轮涡第 1 章 绪论1轮和尾喷管。而且发动机的基本工作原理过程为空气经过收缩型的进气道流入压气机被压缩增温增压,再在燃烧室中与雾化燃油按油气比混合燃烧,燃料的化学能转化为燃气的内能和动能,燃烧室出来的高温高压燃气在涡轮中膨胀做功,其中一部分由燃气涡轮带动压气机压缩空气做功,另一部分由自由涡轮输出轴功率带动直升机的旋翼和尾桨做功。涡轴发动机的工作过程大致跟为他涡轮发动机类似,但不同的是,在涡轴发动机中,带动压气机的燃气涡轮后的燃气可用动能和内能全部用于驱动自由涡轮输出轴功率做功,燃气经尾喷管排放出发动机而不产生喷气反作用推力。因此,燃气在涡轮的膨胀比很大,使尾喷管出口处的燃气压力跟大气压力相差不大,甚至基本持平,而且自由涡轮轴的转速高,为了满足直升机的旋翼要求而安装减速装置。图 1-1 涡轴发动机结构图1.3 发动机数学模型及性能计算技术简介在发动机的设计研究过程中,建立一个良好的发动机数学模型,利用数学模型代替真实的实体作为研究对象,不仅能在很大程度上节省成本,也能避免在真实发动机上试验时产生的各种意外。给发动机的研究设计及试验提供了有利的帮助,且在对发动机性能特性分析中也起到了很大的作用。发动机数学模型的建立是根据其工作过程及各部件的相互关系而建立起来。自发动机进气道开始,依次对发动机五大基本部件进出口横截面的气动性能参数用数学表达式列出发动机的气动方程。最后根据发动机各个部件之间的流量、功率和能量平衡求出总体性能参数。同时做出各个部件的特性曲线,这样也能很直观的看出发动机的工作过程的具体情况及能快速地选出最优的性能参数组。本文中,通过对涡轴发动机热力性能的分析确定并在 Visual basic 中编写中国民航大学本科毕业论文2相应程序代码。Visual Basic 是微软公司 1991 年推出的程序设计语言。它窗口界面简洁可观,而且内部指令代码的复杂性能够很好地被封存在界面之下。BASIC 程序设计的实质是通过结构化程序对获得的数据进行处理,具体操作过程包括程序设计的方法、算法的设计、代码的编写等。由于它的常规的编辑功能及简单的操作步骤,所以 VB 是在国内外普遍流行的程序设计语言,因而也具有较好的通用性,也更适合方便初学者的使用。在实际生产和科研工作中。我们往往需要研制出复杂繁琐的结构设备、耗费昂贵的资金。这样往往会造成巨大的人力物力的浪费,有时又会伴随着一定得危险性。因此,计算机仿真技术就显现出了它得天独厚优势和巨大利用价值。随着科学技术的突飞猛进,计算机仿真技术的仿真度和精度取到了极大进步,同时其运行处理能力也有了极大地提升。而基于发动机理论研究的数学建模也正不断地被完善。计算机模拟本身就可以看作是一种基本试验。它把理论中总结出来的过程通过数学建模演算进行解析表达。这样不仅加深我们队理论知识的理解又能快速地得到我们需要的结果。
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