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某型单转子发动机高度特性性能计算.rar

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    编号:20181030002730128    类型:共享资源    大小:1.23MB    格式:RAR    上传时间:2018-10-30
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    某型单 转子 发动机 高度 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高度特性性能计算学生姓名: 杨璐 专 业: 飞行器动力工程 学 号: 140141829 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高度特性性能计算The Single Spool Turbojet Engine Performance Simulation – Height Characteristic学生姓名:杨璐专 业:飞行器动力工程学 号:140141829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: 2018 年 5 月 30 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I摘 要高度特性在单转子涡轮喷气式发动机的设计与性能分析中占重要成分,是研究发动机的重要资料。通过计算机演算得到的发动机特性数据与试验法相比得到的更快也更丰富。文章首先论述国内外在航空涡轮喷气式发动机方面的现状及发展过程,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 小于 11 千米H时,随 增长,推力和燃油消耗率持续衰减;在高度 大于 11 千米时,随着 增H长,燃油消耗率稳定,推力继续降低。 关键词:共同工作线;试凑法;多维插值;高度特性IIAbstractThe height characteristics of the single-rotor turbojet engine occupy an important part in the design and performance analysis, and is an important data for the study of the engine. The engine characteristic data obtained by the computer calculation is faster and more abundant than the test method.This paper first discusses the development process and the current situation of domestic and foreign aviation turbojet engine aspect, then discusses the purpose and significance of the study characteristics of jet engine air vortex, divided into two part introduced the research process is highly characteristic: the linear interpolation processing compressor data, using the trial and error method to find common points, drawing common work lines, theoretical calculation process modification for the computer operation process, then get the right data debugging design parameters; according to the theoretical calculation process for highly characteristic procedure programming, use the common working point searching method, to get every high thrust and the fuel consumption rate, the final output by the thrust curves and fuel consumption of single rotor turbojet engine highly characteristic rate curves.Through the analysis we can conclude that: the single rotor turbojet engine highly characteristic is: in the height of less than 11 kilometers, with the increase of height, thrust and fuel consumption rate decreased; at the height of more than 11 kilometers, with increasing, fuel consumption rate unchanged, thrust is continue to decline.Key Words: the common working line; cut-and-try; Multidimensional interpolation; highly characteristicIII目 录第 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 ............................................................42.1 压气机特性的定义 ...............................................................................................42.2 压气机的特性曲线 ...............................................................................................42.2.1 特性曲线的定义 ........................................................................................42.2.2 绘制基于 VB 语言的压气机特性图 ........................................................52.3 航空燃气涡轮发动机的共同工作 .......................................................................62.3.1 稳态下的共同工作方程的推导 ................................................................62.3.2 稳态下的共同工作方程的应用 ................................................................82.4 绘制基于 VB 语言的共同工作线 .......................................................................82.5 本章小结 ...............................................................................................................9第 3 章 单转子燃气涡轮喷气发动机的高度特性 ..........................................................103.1 发动机特性及高度特性的定义 .........................................................................103.2 调节规律的给定及应用 .....................................................................................103.3 高度特性的计算过程 .........................................................................................103.4 绘制基于 VB 语言的高度特性图 .....................................................................133.4.1 绘制高度特性程序界面介绍 ..................................................................143.4.2 飞行马赫数对高度特性的影响 ..............................................................143.5 本章小结 .............................................................................................................16第 4 章 总结 ......................................................................................................................17参考文献 ..............................................................................................................................19致 谢 ..................................................................................................................................20附录 A:程序清单 ..............................................................................................................21附录 B:外文翻译资料 ......................................................................................................25中国民航大学本科毕业设计论文1第 1 章 绪论本章主要论述有关本课题的背景、研究目的与其意义,并分别介绍国内外航空发动机的主要发展现状,最后对系统的未来发展前景予以展望。1.1 课题背景在大约 80 年以前,也就是二战之前,所有的飞行器均选用活塞式发动机作为动力输出驱动一副螺旋桨推动飞机飞行。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。随着航空技术的大幅度进步,现代民用航空器发动机的主流已变成双转子甚至是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,在众多战斗机中,有大部分经典的战斗机都是采用涡轮喷气式发动机作为动力源。美国空军的 SR-71 侦察用飞机也就是传说中的黑鸟选用的是普惠公司研发的 J-58 型发动机,最快速度可达 3.5 马赫,总共最大推力可达 28920 千牛。1.2 课题研究的目的与意义 本课题是研究某型单转子涡轮喷气式发动机的共同工作与高度特性。虽然现在绝大多数民用航空公司选用的是经济性好的涡扇发动机,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,来帮助各种各类发动机的研究。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迅猛增长、研究发动机数学模型的不断深入,利用计算机强大的仿真计算可以一定程度上改进了实验方法的短处。与传统的实验法相比,利用计算机来计算发动机数值仿真技术可以降低一定发动机的研发费用,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。此篇论文就利用计算机进行发动机数值仿真,具体过程如下:中国民航大学本科毕业设计论文2根据已经得到的压气机特性数据,在 Visual Basic 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每个共同工作点,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。1.3 国内外研究状况 在国内,绝大多数的涡轮喷气式飞机都是用于战斗机飞行、军事演习以及空中特技表演,首先先阐述国内航空喷气式发动机的发展历程。涡喷-5 是国内制造的第一台涡轮喷气式发动机,是按照前苏联 BK-1 的大小比例内部构造推力模式仿制而成的,是国内第一次成功研制并且大量投入生产和使用的涡轮喷气式发动机,同时,涡喷-5 也是在国内有名的歼-5 式飞机所搭载的发动机,这也为国内进入喷气飞机阶段埋下了伏笔。涡喷-7 是仿制的前苏联 P-11 发动机,这是头一次选取双转子工作进行研制发动机。以涡喷-7 为基础原型,历经长年累月的使用和研究,研发了涡喷 7 等众多涡轮喷气式发动机,用于国内生产的种种飞机上。为了使歼-8 可以从事高空飞行,在 2年后也就是 1965 年在位于沈阳的某发动机科研所开始制造涡喷-7 甲。在同年,这一发动机生产厂商生产了涡喷-7 乙来供给歼-7 改,涡喷-7 乙型可以说是完善了许多,利用当时的新型材料改进燃烧室的装配位置,拥有了良好的降温效果。随着涡喷-7这一系列发动机的出现,为中国航空发动机工业的发展奠定了坚实的基础,所以该系列发动机也拥有着里程碑式的意义,在中国发动机的发展史上有着浓墨重彩的一笔。 上世纪中期,中航工业便计划了“仿制、自主”两条自主创新原则。在 50 年代中,国家利用涡喷-5 的仿制,对航空发动机燃烧室有了全面的了解,储备了部分基础知识,于是启动了自主研制涡轮喷射式发动机的尝试。与此同时,中航工业正在研究中国的第一代教练机的选装工作。为此,中航工业制作了一种小推力发动机,推力仅有 15.7 千牛,用来供给歼教-1 的动力系统,因为其在各方面的贡献,最终授予其喷发-1A 编号。1957 年 7 月,喷发-1A 的研发项目启动了,由于前期准备充分,只用了六个月便研发出第一台试验型飞机。历经长达 20 多个小时的发动机试车考核后,其性能基本满足了设计需求。就在中国航空工业人们对中国第一个“孩子”充满期盼之时,由于部队的训练体系发生了变化,歼教 1 飞机研制计划被取消,失去使用飞机的喷发-1A 的研制工作也随之停止。发动机喷发-1A 最后虽未投入生产,但他是中国自主研发喷气式发动机向成功迈出的第一步,为以后中国航空发动机产业起到一个良好的带头作用,具有十分重要的意义。如果要说国外的喷气式发动机, 第一位应该是 HE-178 这是世界上首台可以飞中国民航大学本科毕业设计论文3行的涡轮喷射式飞机。上世纪 30 年代,大多数飞行器的飞行速度都无法超过200m/s 无论是巧合还是机遇的到来,德国的年轻科学家瓯海因研制出了第一台涡轮喷气式发动机,自此之后,喷气式发动机逐渐的进入了大家的视线。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。直到 60 年代末 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,由于涡轮风扇式发动机的研制和改进正在不断进步,涡轮喷射式发动机的发展逐渐变缓、停滞,自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,阐述了涡轮喷气式发动机在国内和国外的不同发展状况,从中对比不难发现国内外的研究差距,因此无论是从何处着想对于涡轮喷气式发动机的研究,都将是未来中国在航空发动机领域的重要研究方向。中国民航大学本科毕业设计论文4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 和效率 。性能参数随工作参*cc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:15.28*1cornT10325.8,*1cormqpT变形为(2-*1.8Tncor1)
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