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某型单转子涡喷发动机转速特性性能计算.rar

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    编号:20181030002728327    类型:共享资源    大小:3.12MB    格式:RAR    上传时间:2018-10-30
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    某型单 转子 喷发 动机 转速 特性 性能 计算
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    本科毕业设计(论文)某型单转子涡喷发动机转速特性性能计算学生姓名: 袁崃 专 业: 飞行器动力工程 学 号: 140141831 指导教师: 张银波 所属学院: 航空工程学院 二〇一八年五月中国民航大学本科毕业设计(论文)某型单转子涡喷发动机转速特性性能计算The Calculation of Rotation Speed Character Performance for Single Spool Turbojet Engine学生姓名:袁崃专 业:飞行器动力工程学 号:140141831指导教师:张银波学 院:航空工程学院2018 年 5 月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 要进行单转子涡轮喷气发动机转速特性性能研究计算,这不仅需要对发动机原理的相关知识有一定的了解,还需要能够熟练应用相关的计算程序。同时,进行进行特性研究计算还能加强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。由于在进行试验研究时,直接在发动机上进行试验,不仅花费巨大,而且一旦失败所造成的时间上的浪费也是巨大的,因此,选用计算机数值仿真技术进行单转子涡轮喷气发动机转速特性性能计算是十分合适的,这样不仅可以减少大量的消耗,还能通过更改数据进行多种情况的设计与计算。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涡轮和压气机的共同工作、其表现形式共同工作线。通过编写程序,对所给原始数据参数的处理分析,可以得出所需的转速特性性能计算的结果:推力随转速的增大而一直增大;燃油消耗率随转速的增大而减小,最后略有增大。关键词:单转子涡喷发动机;共同工作;转速特性;数值模拟AbstractThe calculation method of the speed characteristic performance of a single rotor turbojet engine requires not only a certain degree of knowledge about the related knowledge of the engine principle, but also a more proficient master of the application program. At the same time, carrying out characteristic research and calculation can also strengthen the evaluation and analysis of engine performance, which is the basis of theoretical teaching extension and scientific research production. As the test is carried out on the engine, it is not only costly, but also the loss caused by the failure and the consumption of time is great. Therefore, it is very suitable to use the computer numerical simulation technique to calculate the performance of the rotational speed characteristic of the single rotor turbojet engine. In this way, it can not only reduce a lot of consumption, but also change the data to design and calculate a variety of situations, but it is necessary to pay attention to the compilation of the program must not make mistakes, otherwise it will eventually affect the experimental results. The realization of the research is based on the programming language of Visual Basic. The principle and core of the intermediate process are the joint work of the turbine and the compressor and the common working line of its form.By writing procedures for processing and analysis of raw data given parameters, the desired calculation result of single spool turbojet rotation speed character performance can be obtained. The result is that thrust increases with the increase of speed. And fuel consumption reduces and finally increased slightly with the speed increases.Key Words:Single rotor turbojet engine;Co-operating;Rotation Speed Characteristics;Numerical Simulation目 录第 1 章 绪论 ............................................................11.1 课题的背景与研究意义 ............................................11.2 数值模拟与仿真 ..................................................2第 2 章 单转子涡喷发动机转速特性 ........................................32.1 发动机的转速特性 ................................................32.1.1 推力随转速变化的情形 .......................................32.1.2 燃料消耗率随转速变化的情形 .................................32.2 大气条件对转速特性的影响 ........................................42.2.1 大气温度对推力和燃料消耗率的影响 ...........................42.2.2 大气压力对推力和燃料消耗率的影响 ...........................42.3 公式推导 ........................................................52.3.1 相似的概念与参数换算 .......................................62.3.2 共同工作的含义及方程的推导 .................................72.3.3 各站位参数的推导 ..........................................10第 3 章 程序说明 .......................................................153.1 VB 程序介绍 ....................................................153.2 共同工作界面的说明 .............................................153.3 转速特性界面的说明 .............................................17第 4 章 结论 ...........................................................194.1 研究结果分析 ...................................................194.2 研究展望 .......................................................20参考文献 ...............................................................21致谢 ...................................................................22附录 A:程序清单 .......................................................23附录 B:外文翻译资料 ...................................................25中国民航大学本科毕业设计(论文)0第 1 章 绪论1.1 课题的背景与研究意义发动机之所以被称为是一架飞机的心脏,那是因为它融合了整个工业领域的所有尖端的科学技术。只有航空发动机技术不断发展完善,发动机的性能越来越好,整个航空制造业这个领域才能取得更大的进步和飞跃。而发动机在发展过程中的各个项目上的技术飞跃,又离不开当时航空的各领域中生产技术的进步和完善,然后才能使发动机的性能甚至是整个发动机的设计理念发生改变。所以说发动机的研制水平能够更加充分的体现一个国家在科技生产方面甚至是经济方面的综合实力。1903 年,美国的莱特兄弟成功造出使用活塞发动机的双翼飞机,虽然对于现在的工业水平来说,那时的活塞发动机并不先进,但在当时,它却是第一台成功飞上天的发动机。而之后的喷气式发动机的发明,则使得航空发动机有了飞一般的进步。自二战结束以来的半个多世纪里,喷气式发动机有着飞速发展,它先是因为军事需要而被运用在战斗机上,随后又被用于各种型号的飞机上,经过这几十年的发展喷气式发动机不仅在性能方面有了提升,而且发展出很多种不同用途的发动机。正是由于发动机技术和飞机制造技术的不断进步,从而使得飞机不仅在速度上能够以超音速飞行,还在宽体客机上实现了跨洋飞行,缩短了人与人之间的距离。单转子涡喷发动机主要是由五大部件组合成一个整体的,这几个部件在工作时,相互联系、不可分割,共同完成发动机的运转。其中涡轮、燃烧室和压气机共称为核心机,所以说,对于涡轮和压气机的研究可以说是整个发动机研究的基础,是重中之重的一个环节。单转子涡喷发动机的三大特性分别为速度、高度以及转速特性。这里选取转速特性做研究计算,因为它有一定的代表性价值。 发动机的转速通过靠油门来操纵的,所以转速特性又被称为油门特性。转速特性一般可以通过发动机在地面上的试验来获取。如果涡喷发动机中装有可调导向叶片、压气机中间级放气系统等,那么在发动机工作时就能够改变它的气流通道面积,从而使得其转速特性会出现一定的差异。但是,与通道面积不能改变的发动机转速特性比较,对于推力,燃料消耗率影响因素的变化规律基本上还是一致的,只需随通道面积变化的情况做些修正。本课题由于实力和精力有限,所以研究的是通道面积不变的转速特性性能计算。总的来说,单转子涡轮喷气发动机速度特性性能计算,就是运用计算机的数值仿真技术,在本课题中使用 VB 编程软件来分析已知的发动机数据,从而计算共同工作点,然后再分析并计算得到速度特性,并通过程序界面进行直观表达,从而得出一定的结论。研究单转子涡轮喷气发动机的转速特性,就是研究和提供发动机推中国民航大学本科毕业设计(论文)1力和燃油消耗率随发动机转速的变化规律,对于发动机的设计和维修人员对发动机的验证、验收和使用都能提供一定的帮助,并能节省发动机原理研究的时间和精力、也能够在评判分析发动机性能时起到作用。1.2 数值模拟与仿真在当今时代伴随着计算机的发展和完善,使得计算机不仅走进了生活中,还在各种各样的科学技术区域发挥着不可替代的作用。由于在科学研究中,各种各样的实验往往会消耗巨大,于是计算机仿真便应运而生,计算机仿真的出现不仅是因为计算机技术的快速发展,同时也得力于各种数学模型的不断完善。计算机的数值模拟本身就可当成一种实验,和其他实验方式一样,它也有自己的优缺点。它的优点有:1、数值模拟比进行大量实验要便宜。2、数值模拟能更方便地研究各个因素之间的相互影响,而不需要大量的实验。当然它也有一定的局限性:1、数值模拟由于它必须受到一定的假设条件的限制,所以最终的结果和实际情况肯定会不一样,但是准确的程序设计能减小这种不确定性。2、容易受到计算机本身和所编写程序的限制。本课题所使用的编程程序是微软公司于上个世纪九十年代初所推出的 Visual Basic 应用软件,它是以 Basic 语言为基础的新一代程序设计语言,而 Visual 指的是图形用户界面可视化设计,由于 VB 中自带的各种窗体,因此能够节省程序编写时所消耗的设计时间,从而大幅度提高程序的开发效率,而且由于它结合了多种设计方法和理念,并提供了大量的程序指令从而使 Visual Basic 可以实现各种数据库、图形和多媒体功能,使用 Visual Basic 可以不用考虑窗口的编写,所以能够非常轻松快捷地编写 Windows 下的各种应用程序,无论是否是专业的程序设计人员,都能迅速学会并掌握该程序的操作方法。对于航空发动机来说,进行计算机数值模拟,可以将发动机的理论研究与实际研究相结合,不仅可以节省研究成本,提高研究效率,更可以将多种因素提前模拟减少实验消耗,因此数值模拟在进行发动机的研究、设计和检查时所起到的作用是越来越大的。中国民航大学本科毕业设计(论文)2第 2 章 单转子涡喷发动机转速特性2.1 发动机的转速特性发动机的各种特性将决定发动机的性能状态到底能达到一个什么样的水平,所以它也决定了这一架飞机最终的性能将会达到什么样的水平。由于发动机在工作时要面对各种各样的工作条件,所以不可能一直在设计点设计的状态工作,这也就使得发动机的特性有着更加重要的意义,所以只有研究好发动机的特性,才能减少发动机在使用时出问题的概率。由于发动机的转速是靠油门操纵的,所以转速特性又叫做油门特性。转速特性一般是通过发动机在地面的试验求出的。如果涡轮喷气发动机装有可调尾喷管、压气机中间级放气系统或可调导向叶片等,当发动机工作时气流通道的面积能够发生改变,则其转速特性就会出现一定的差异。但是,与通道面积不能改变的发动机的转速特性比较,对于推力,燃料消耗率影响因素的变化规律基本上还是一致的,只需随通道面积变化的情况做一些修正。2.1.1 推力随转速变化的情形当转速增大时,空气流量也成正比增大。单位推力的变化,取决于压缩效率、发动机增压比、膨胀效率、涡轮前燃气温度、飞行速度和大气温度等几个因素的变化。在研究发动机的转速特性时,需要一定的假设条件如,大气温度保持不变;飞行速度为零,发动机增压比则是压气机增压比;同时,压缩效率接近压气机效率,膨胀效率接近于涡轮效率,因此发动机在地面进行试验时,影响单位推力的因素最后归纳为:涡轮前燃气温度、压气机增压比、涡轮效率和压气机效率。当转速还不是很高时,随着转速的逐渐增大,压气机的增压比等几大因素都逐渐增大,这些因素都使单位推力逐渐增大。但是,涡轮前燃气温度却下降的相对较慢,而压气机增压比、压气机效率增大的较快,对单位推力有增大作用,但增大较缓慢。在中转速到大转速的范围内,涡轮前燃气温度和压气机增压比都随转速的增大而升高,压气机的效率也随转速的增大而逐渐升高,在接近最大转速时又略有下降,但它对单位推力的影响小。所以,单位推力会迅速增大。综上所述,在转速增大的时候,空气流量和单位推力都会逐渐增大,所以推力随转速的增大而逐渐增大。不过,转速范围不同时,推力增大的程度也各有不同:在中、小转速范围内增大的较慢,在大转速范围内增大的较快。中国民航大学本科毕业设计(论文)32.1.2 燃料消耗率随转速变化的情形影响燃料消耗率的因素有两个:一个是单位推力;一个是油气比,即燃烧室前后温度差。前面已经分析,当转速逐渐增加时,单位推力增大,这就要使燃料消耗率随着转速的增大而下降。而燃烧室前后温度差的变化情形,可以分成两部分来进行说明:在慢车到某一中转速范围内,当转速逐渐增加时,涡轮前燃气温度逐渐下降,压气机出口总温则因增压比的增大而逐渐 上升,故燃烧室前后温度差将随转速增大而逐渐减小。因此,从慢车到中转速这一段,燃料消耗率随转速的增加而迅速降低;在某一中转速到大转速的范围内,转速增加时,涡轮前燃气温度是增加的。虽然这时的压气机出口总温仍在不断增加,但是涡轮前燃气温度增加的程度大于压气机出口总温增加的程度,因此燃烧室前后温度差是随转速增加而增加,使燃料消耗率增加。虽然单位推力的增加,会使燃料消耗率降低,但由于燃烧室前后的温度随转速的增大而不断增大,所以它的作用就成为主要的了,所以到接近最大转速时,发动机的燃料消耗率不仅没有降低,反而随转速增加而略有上升。2.2 大气条件对转速特性的影响前面主要说明了发动机在地面台架上时的转速特性。由于发动机在进行研究时的时间和地点根本不可能相同,所以大气温度和大气压力也就不可能相同。因此,在发动机研究时得到的各种性能的数据也不可能出现相同的情况。所以为了判断发动机的性能是否符合技术要求,就必须把试车数据换算为标准大气条件下的数据,并将这些数据与技术要求比较,才能得出正确的结论。2.2.1 大气温度对推力和燃料消耗率的影响同一台发动机在不同的大气温度下进行试车研究时,实际上测得的推力和燃料消耗率是不可能相同的。推力下降那是因为当大气压力相同时,空气的密度会随着大气温度的逐渐升高而逐渐下降,所以会导致当发动机转速一定时,流过发动机的空气流量下降,这是因为大气温度越高大气的密度反而会降低;同时,随着大气温度的升高,压气机进口处的温度也会升高,从而导致压气机增压比下降。这两个因素都会使发动机推力减小。儿燃料消耗率增高的原因,则是由于当大气温度逐渐升高时,压气机增压比的下降能够使发动机对热量的利用率变差,所以会导致其降低。2.2.2 大气压力对推力和燃料消耗率的影响同一台发动机,在大气温度不变而大气压力不同的情况下进行试车,实际测得的燃料消耗率相同,但是推力是不同的。因为大气压力升高,发动机的推力增大。
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