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单转子涡喷发动机高度特性性能计算.rar

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    转子 喷发 动机 高度 特性 性能 计算
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    本科毕业设计(论文)单转子涡喷发动机高度特性性能计算学生姓名: 张艺凡专 业: 飞行器动力工程学 号: 100141241指导教师: 张银波所属学院: 航空工程学院二〇一四年六月中国民航大学本科毕业设计(论文)单转子涡喷发动机高度特性性能计算The SingleAxis Turbojet EnginePerformance Simulation – HeightCharacteristic学生姓名:张艺凡专 业:飞行器动力工程学 号:100141241指导教师:张银波学 院:航空工程学院2014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 月日中国民航大学本科毕业论文I摘 要特性研究是对单转子涡轮喷气式发动机进行设计与性能分析的重要研究手段。通过计算机仿真得到的发动机特性性能数据比试验法得到的更多、更快也更经济。文章首先论述国内外在航空涡喷发动机方面的发展过程及现状,然后论述航空涡喷发动机特性研究的目的和意义,分两部分介绍了高度特性的研究过程:以线性插值法处理压气机数据,利用试凑法寻找共同工作点,绘制共同工作线,并将理论计算过程修改为计算机运算过程,再调试设计点参数得到合适的数据;跟据理论计算过程进行高度特性程序的的编程,采用之前共同工作点的寻找方法,得到每一高度下的推力和燃油消耗率,最后输出由推力变化率曲线和燃油消耗率变化曲线构成的单转子涡喷发动机高度特性图。通过分析可以得出:单转子涡喷发动机高度特性即为:在高度H小于11千米时,随H增加,推力和燃油消耗率下降;在高度H大于11千米时,随H增加,燃油消耗率不变,推力继续下降。关键词:试凑法;共同工作点;共同工作线;高度特性中国民航大学本科毕业论文IIAbstractCharacteristic research is an important research tool for design and performanceanalysis of the single rotor turbine jet engine. The engine performance data computersimulated test to get more faster and more economical.This paper first discusses the development process and the current situation ofdomestic and foreign aviation turbojet engine aspect, then discusses the purpose andsignificance of the study characteristics of jet engine air vortex, divided into two partintroduced the research process is highly characteristic: the linear interpolation processingcompressor data, using the trial and error method to find common points, drawing commonwork lines, theoretical calculation process modification for the computer operation process,then get the right data debugging design parameters; according to the theoreticalcalculation process for highly characteristic procedure programming, use the commonworking point searching method, to get every high thrust and the fuel consumption rate, thefinal output by the thrust curves and fuel consumption of single rotor turbojet enginehighly characteristic rate curves.Through the analysis we can conclude that: the single rotor turbojet engine highlycharacteristic is: in the height of less than 11 km, with the increase of height, thrust andfuel consumption rate decreased; at the height of more than 11 kilometers, with increasing,fuel consumption rate unchanged, thrust is continue to decline.Key Words: cut-and-try; the common working point; the common working line;highly characteristic中国民航大学本科毕业论文III目 录摘 要.................................................................................................................................... IAbstract................................................................................................................................ II第1章 绪论........................................................................................................................11.1 课题背景...............................................................................................................11.2 课题研究的目的与意义.......................................................................................11.3 国内外研究状况...................................................................................................2第2章 单转子燃气涡轮喷气发动机的共同工作............................................................32.1 压气机特性的定义...............................................................................................32.2 压气机的特性曲线...............................................................................................32.2.1 特性曲线的定义........................................................................................32.2.2 绘制基于VB语言的压气机特性图........................................................ 42.3 航空燃气涡轮发动机的共同工作.......................................................................52.3.1 稳态下的共同工作方程的推导................................................................52.3.2 稳态下的共同工作方程的应用................................................................72.4 绘制基于VB语言的共同工作线....................................................................... 72.4.1 绘制共同工作线的计算程序....................................................................72.4.2 设计点参数的调试....................................................................................82.5 本章小结.............................................................................................................11第3章 单转子燃气涡轮喷气发动机的高度特性..........................................................123.1 发动机特性及高度特性的定义.........................................................................123.2 调节规律的给定及应用.....................................................................................123.3 高度特性的计算过程.........................................................................................123.4 绘制基于VB语言的高度特性图..................................................................... 153.4.1 绘制高度特性程序界面介绍..................................................................163.4.2 飞行马赫数对高度特性的影响..............................................................163.5 本章小结.............................................................................................................18第4章 总结......................................................................................................................19参考文献..............................................................................................................................21致 谢..................................................................................................................................22附录A:程序清单..............................................................................................................23附录B:外文翻译资料...................................................................................................... 25第1章 绪论1第1章 绪论本章主要论述该课题的背景、研究目的与意义,并分别介绍国内和国外航空发动机控制系统的发展现状,最后对系统的未来发展前景予以展望。1.1 课题背景在第二次世界大战以前,所有的飞机都采用活塞式发动机作为动力源驱动一副螺旋桨推动飞机前进。然而,螺旋桨叶端的音障问题阻碍了活塞式发动机在飞行速度上的提升,而喷气式发动机的出现解决这一问题,于1941年首次在飞机上实装,喷气式发动机凭借其优秀的高空高速性,迅速取代了活塞式发动机,在航空发动机领域里成为了主流。并且在涡轮喷气发动机的基础上,发展出了涡轮风扇发动机、涡轮螺旋桨发动机、涡轮轴发动机和螺桨风扇发动机等。尽管随着航空技术的进步,现代民用航空发动机的主流已变成双转子甚至多转子涡轮风扇发动机,对于涡扇发动机的研究也不断深入。但是,涡喷发动机在高空高速性方面有着不可替代的地位,在战斗机家族中,有众多经典的战斗机都是采用涡轮喷气式发动机作为动力源。前苏联的传奇战斗机米格-25高空超音速战机即采用留里卡设计局的涡喷发动机作为动力,曾经创下3.3马赫的战斗机速度纪录与37250米的升限纪录。1.2 课题研究的目的与意义本课题是研究单转子涡轮喷气式发动机的高度特性。虽然现在大型民用航空发动机多以涡扇发动机为主,但是涡轮喷气式发动机与涡轮风扇发动机的核心机在原理上并无很大差异,研究核心机的共同工作,是研究各种类型燃气涡轮发动机各部件共同工作的基础,所以,单转子涡喷发动机作为其中的基础类型,既可以缩短研究的周期,又具备一定的代表性,来帮助各类型发动机的研究。航空燃气涡轮发动机的特性的获得方法大致有两种,即实验法和计算法。但由于实验法需要专业的设备,大量人力的投入以及庞大的资金,同时耗费巨大的能源,因此实验法不可能经常采用。并且随着计算机运算能力的突飞猛进、发动机数学模型研究的不断深入,利用计算机仿真技术可以一定程度上弥补了实验方法的不足。与传统的实验法相比,航空发动机数值仿真技术可以降低发动机的研究费用,缩短其开发周期,同时避免了实验法中发动机试车时做带来的不确定因素。此篇论文就属于航空发动机数值仿真范畴,具体过程为:根据已得的压气机特性数据,在VB语言中实现压气机通用特性图的绘制,并通过试凑法在通用特性图上寻找到共同工作点,进而绘制出共同工作线,然后根据得到的共同工作线数据利用多维插值法实现高度特性参数的计算,从而绘制出特性曲线,得到燃油消耗率和推力随高度的变化规律。中国民航大学本科毕业论文21.3 国内外研究状况国内的涡轮喷气式发动机主要应用于军用战斗机领域。涡喷7涡轮喷气式发动机仿制的是前苏联图曼斯基设计局50年代前期研制的双转子加力涡喷发动机P—11,它是前苏联第一种采用双转子结构的发动机。以涡喷-7发动机为基础,经多年应用和发展,形成了涡喷7系列发动机,配装歼7、歼8系列飞机。其中为满足歼-8飞机的要求,1965年沈阳航空发动机研究所开始研制涡喷7甲。而为满足歼-7改型的需要,1965年由沈阳航空发动机研究所和黎明机械公司联合在涡喷7甲的基础上改型发展涡喷7乙。可以说,涡喷7系列发动机的改进研制和生产,为中国航空发动机工业的发展奠定了坚实的基础,该系列发动机也有着里程碑式的纪念意义。涡喷14(又称“昆仑”)涡轮喷气式发动机,是中国第一台自行设计、试制、试验、试飞的航空发动机,也是国内目前最先进的中等推力级的军用涡喷发动机。1984年,沈阳航空发动机研究所为了满足歼7和歼8系列战机改进型号对发动机推力增长的要求,开始研制涡喷14发动机,这是中国人独立研制航空发动机的开始。历经十余年,“昆仑”发动机终于研制成功,这对于中国航空动力来说是一次跨越,标志着中国航空发动机从只能测绘仿制、改进改型跨入了自行研制的新阶段,结束了长期以来不能自行研制航空发动机的历史。国外的涡轮喷气式发动机的研究在50年代末和60年代初进入了一个高峰期,如J79、J75、埃汶、奥林帕斯、阿塔9C、R-11和R-13,可用推重比已达5~6。并在60年代中期出现了J58和R-31涡喷发动机。到70年代初,用于“协和“超音速客机的奥林帕斯593涡喷发动机问世,最大推力达到17000大牛。然而,由于涡扇发动机的研制和改进不断进步,涡喷发动机的发展逐渐停滞,此后就没有重要的涡喷发动机问世了。这一章提出了研究课题的背景,研究目的和意义,阐述了航空涡轮喷气式发动机在国内和国外的发展现状,从中对比可发现国内外的研究差距,所以对于涡轮喷气式发动机的研究不会落后,仍是未来中国在航空发动机领域的重要研究方向。第2章 单转子燃气涡轮喷气发动机的共同工作3第2章 单转子燃气涡轮喷气发动机的共同工作本章主要论述压气机特性的定义、特性曲线以及发动机的共同工作的定义、目的、计算过程和程序介绍。2.1 压气机特性的定义任何一台压气机的工作情况都是由四个参数所决定:流过压气机的空气流量压气机转子的转速压气机进口总温压气机进口总压上列参数称为压气机的工作参数,前两个取决于压气机的工作状态,后两个取决于飞行条件。而压气机的性能参数主要是增压比 *c 和效率 c 。性能参数随工作参数的变化规律即为压气机特性。2.2 压气机的特性曲线2.2.1 特性曲线的定义通过相似理论在压气机中的应用,对于同一台压气机要做出一组不受进口条件限制的特性线,必须满足三个相似条件:几何相似、运动相似和动力相似。经过分析简化后,得出两个相似参数:转速相似参数和流量相似参数。只要保证压气机的相似参数相同,则压气机的增压比和效率就不变。运用压气机相似参数坐标系来绘制压气机的特性曲线,即为压气机的通用特性曲线。下面列出论文中用到相对转速相似参数和相对流量相似参数的计算过程。首先计算换算转速和换算流量,由相似参数相等得:15.288*1 cornTn  101325 15.288,*1 *1 cormm qp Tq 变形为 *1 15.288Tnncor  (2-1)其中, corn 为换算转速。中国民航大学本科毕业论文415.288101325 *1*1, Tpqq mcorm  (2-2)其中, cormq , 为换算流量。而相对转速相似参数和相对流量相似参数即为设计状态下换算参数和工作状态下换算参数的比值: *1*,1,*,1, *1, 15.28815.288 TTnnTn Tnnnn ddcorcorddcorcordcorcor  (2-3)其中,n为相对转速相似参数。先将换算流量变形为流量相似参数:即   *1 *11 ApTqq m     *,1*1, *1*,1*,1*,1, *1*11 ddm dmdddm m Tpq TpqpATq pATqq  (2-4)其中,  1q 为相对流量相似参数。由于设计点压气机进口总压未知,并为了简化计算,故取海平面标准大气时的固定值101325 Pa。2.2.2 绘制基于VB语言的压气机特性图说明:已得的压气机特性数据为25个等换算转速,每个等换算转速下有8组相似增压比、相似换算流量和相似效率组成的压气机特性参数。由于数据量不大,所以点与点之间以直线连接的方式得到每一条等换算转速线。压气机特性图是以增压比 *c 为纵轴,相似换算流量 )(q 为横轴绘制的,共计25条等换算转速线。当压气机设计增压比为2.45,设计流量相似参数为0.839,设计压气机效率为0.8652时,得到图2-1。图2-1为设计增压比为2.45时压气机的流量特性图,从依次增大的25条等换算转速线的变化情况可以看出:流量特性曲线变陡的程度与换算转速有关,转速越高,曲线越陡。
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