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基于GSP软件发动机性能计算.rar

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    编号:20181030002730315    类型:共享资源    大小:3.01MB    格式:RAR    上传时间:2018-10-30
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    基于 GSP 软件 发动机 性能 计算
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    本科毕业设计(论文)基于 GSP 软件发动机性能计算学生姓名: 刘宾权 专 业: 飞行器动力工程 学 号: 110141114 指导教师: 张银波 所属学院: 航空工程学院 2二〇一五年六月中国民航大学本科毕业设计(论文)基于 GSP 软件发动机性能计算The Calculation of Engine Performance Based on Gas Turbine Simulation Program学生姓名: 刘宾权专 业: 飞行器动力工程学 号: 110141114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设计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设计I摘 要航空发动机数值仿真系统在发动机研制过程中具有诸多优点而受到世界各国的高度重视,我国目前也以 APTD(航空推进技术验证计划)计划为契机,开发我国自主知识产权的发动机数值仿真系统。论文主要介绍欧洲国家航天实验室(NLR)开发的面向对象燃气涡轮发动机性能数值仿真软件 GSP,对单转子涡喷和双转子涡扇发动机进行建立仿真模型,然后对单转子涡喷发动机设计点、稳态、非设计点、瞬态等进行计算以及对共同工作曲线进行分析;对双转子涡扇发动机的三大特性--速度特性、转速特性、高度特性进行计算分析。通过对帮助文件的翻译、学习和理解,结合相应的图片,学习和理解 GSP 软件功能和仿真方法、程序结构、计算方法及系统特点,以供日后相关学习和教学之用。关键词:燃气涡轮发动机;GSP;数值仿真;面向对象中国民航大学本科毕业设计IIAbstractAviation numerical simulation system of engine has many advantages in the engine development and regarded highly around the world. APTD (aviation propulsion technology verification plan) program is also used by our country as an opportunity to develop engine numerical simulation system of intellectual property rights. This paper introduces an object-oriented gas turbine engine performance numerical simulation software GSP which developed by the European National Aerospace Laboratory (NLR).Single-spool turbojet and turbofan engine dual rotor simulation model are developed,and then the design point, Steady-State, Off-design point, transient, etc of single-spool turbojet engine are calculated and co-operating curves are analyzed. Three characteristics of the dual rotor turbofan engine --speed characteristics, speed characteristics, height characteristics are calculated. Through the translation , learning and understanding of the helping file,and combined with the corresponding picture, The simulation method, program structure, calculation method and system features of GSP software are learned and understood.The purposes of doing this is for future related learning and teaching.Key Words: GSP;Gas turbine engine; Numerical simulation; Object-oriented中国民航大学本科毕业设计III目 录摘 要 ....................................................................................................................................IAbstract ................................................................................................................................II第 1 章 绪论 ........................................................................................................................11.1 研究背景介绍 ........................................................................................................11.2 单转子涡喷发动机简介 ........................................................................................11.3 双转子涡扇发动机简介 ........................................................................................21.4 GSP 简介 ...............................................................................................................3第 2 章 燃气涡轮发动机性能 ............................................................................................42.1 概述 ........................................................................................................................42.2 燃气涡轮发动机性能指标简介 ............................................................................42.2.1 推力指标 ......................................................................................................42.2.2 经济指标 ......................................................................................................42.2.3 重要参数 ......................................................................................................52.2.3 稳态下的共同工作 ......................................................................................62.2.3 过渡态下的共同工作 ..................................................................................7第 3 章 单转子涡喷发动机的建模与计算 ........................................................................83.1 建立仿真模型前的思路与准备 ............................................................................83.2 建立单转子涡喷发动机的仿真模型 ....................................................................83.3 对仿真模型进行数值计算 ....................................................................................93.3.1 设计点计算 ..................................................................................................93.3.2 稳态计算 ....................................................................................................123.3.3 稳态共同工作模拟 ....................................................................................133.3.4 瞬态模拟 ....................................................................................................153.3.5 部件共同工作线 ........................................................................................183.3.5 多重输出曲线 ............................................................................................183.3.6 发动机特性改变的影响 ............................................................................21第 4 章 双转子涡扇发动机的建模与计算 ......................................................................234.1 建立双转子涡扇发动机的仿真模型 ..................................................................234.2 各部件参数输入 ..................................................................................................234.2.1 进气道参数输入 ........................................................................................234.2.2 风扇参数输入 ............................................................................................24中国民航大学本科毕业设计IV4.2.3 低压压气机参数输入 ................................................................................264.2.4 高压压气机参数输入 ................................................................................284.2.5 燃烧室参数输入 ........................................................................................284.2.6 高压涡轮参数输入 ....................................................................................294.2.7 低压涡轮参数输入 ....................................................................................314.2.8 导管参数输入 ............................................................................................314.2.9 尾喷参数输入 ............................................................................................324.3 对仿真模型进行计算 ............................................................................................324.3.1 影响推力和燃油消耗率的因素 ................................................................334.3.2 转速特性 ....................................................................................................334.3.3 高度特性 ....................................................................................................354.3.4 速度特性 ....................................................................................................37第 5 章 结论 ......................................................................................................................39参考文献 ..............................................................................................................................40致 谢 ..................................................................................................................................41附录:外文翻译资料 ..........................................................................................................42第 1 章 绪论1第 1 章 绪论1.1 研究背景介绍在发动机的研制过程中,发动机数值仿真模拟能够在发动机研发中有至关重要的作用,它可以辅助发动机的设计,具有安全可控、经费少、可重复、风险小等诸多优点。因此很多国家投入大量的人力物力进行开发研究。美国的 NASA【美国国家航空航天局(National Aeronautics and Space Administration) 】和 NPSS【推进系统数值仿真(Numerical Propulsion Simulasion System) 】 、英国剑桥大学 Whittle 实验室的 Denton 和 Dawes 软件、俄罗斯中央航空发动机研究院(CIAM)的 CCTES 在该方面的研究状况已经较为成熟。历年来,我国航空发动机数值仿真方面的研究人员在这方面也付出很大的努力,但由于我国航空产业发展相对较晚,并且大多数国家技术保密,我们无法了解真正的核心技术,一定程度上也阻碍了我国的相关技术的发展。目前,我国正以 APTD 计划为契机,参考俄罗斯和英国相关软件,开发我国自主知识产权的发动机数值仿真系统 [1]。我校作为全国前列的航空类院校,在现有设备的基础上,理论上的数值仿真计算也是要认真对待的一方面,以此为契机,对 GSP 软件进行学习,以供对日后的理解学习和教学之用。1.2 单转子涡喷发动机简介活塞式发动机的诞生已经实现了重空气可提供动力的装置可以载人上天,但是它有很多缺陷。在 1913 年,法国工程师雷恩.洛兰获得了一项冲压式喷气发动机的专利 [2]。但这种发动机只能在高速下才能工作,高速下产生的高温又必须使用耐高温材料,由于当时技术的限制缺乏所需的高温耐热材料,所以这种发动机的应用只能搁浅。在后来的研究中离心式喷气发动机诞生,它是由英国人弗兰克·惠特尔爵士于1930 年取得发明专利,由于受到当时条件和技术的制约并没有参加第二次世界大战,直到 1941 年装有这种发动机的飞机才第一次上天。但它也有效率低,流动损失大等缺点。随着技术的改进,更先进的轴流式喷气发动机诞生在德国,并且为喷气式战斗机 Me-262 提供动力参加了 1945 年末的战斗 [3]。相比起离心式涡喷发动机,轴流式很多优点,比如:效率高、压缩比高、迎风面积小等。由于这些比较明显的优点当今使用的涡喷发动机均为轴流式 [4]。它的基本部件主要有进气道、压气机、燃烧室、涡轮、尾喷管组成。中国民航大学本科毕业设计2(1) 进气道进气道的功用是以最小的流动损失把足够量的空气引入发动机,为压气机的压缩空气提供条件。它分为亚音速进气道和超音速进气道。(2) 压气机压气的作用是通过带有叶片的压气叶轮的旋转,对流过它的空气进行压缩,密度增大,以提高燃烧的效率,同时增加喷气速度,增加推力。涡轮喷气发动机由于压气机的形式不同分为轴流式和离心式两种。(3) 燃烧室燃烧室是燃气涡轮发动机的重要部件,位于压气机和涡轮之间,其功用是组织高压空气与燃油混合燃烧,将化学能转变成热能,形成高温高压的燃气。它有三种基本的结构形式:管型燃烧室,环型燃烧室和管环型燃烧室 [5]。(4) 涡轮涡轮式燃气涡轮发动机的重要部件之一,安装在燃烧室的后面,是在高温燃气的作用下旋转做功的部件。其可分为轴流式和径流式两类,航空上多采用轴流式涡轮 [6]。轴流式涡轮又可分为冲击式、反力式和冲击--反力式三种类型。目前大多数发动机都采用冲击--反力式涡轮。(5) 尾喷嘴 喷管安装在涡轮后面,也是燃气涡轮发动机的一个重要部件。喷管的主要功用是将涡轮流出的燃气膨胀、加速,将燃气的一部分焓转变为动能,提高燃气的速度,使燃气以很大的速度排出,提高推力 [7];其次是降低发动机的排气噪音;第三是通过反推装置改变喷气方向,产生反推力,以迅速降低飞机落地后的滑跑速度,缩短飞机的滑跑距离;最后是通过调节喷管的临界面积来改变发动机的工作状态。其分为亚音速喷管和超音速喷管等几种类型。1.3 双转子涡扇发动机简介1943 年,德国戴姆勒-奔驰制造出了第一台涡轮风扇发动机,但因存在大量缺陷并缺乏相应的专家而没能获得发展。二战后,随着时间推移、技术进步,快速发展的亚音速民航飞机和大型运输机对动力、经济性的要求越来越高,涡轮喷气发动机已经不足以满足这些新型飞机的需求。耗油量小,效率性高驱使这段时期内出现了较多的使用涡轮螺旋桨发动机的大型飞机。涡轮螺旋桨发动机虽然可以满足经济性要求,但是还不能满足动力的需求,因此对更新型发动机的研制也提上了日程,由于受到当时技术的制约,一直不能制造出符合涡扇发动机要求的风扇叶片,直到 60 年代,人们才制造出这种风扇叶片,从而是涡扇发动机的应用得以实现。最早的实用化涡扇发动机是普拉特·惠特尼(Pratt &
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