涡轴发动机性能退化数学建模研究

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1、2010正第36蓉第4期Vo1．36No．4Aug2010涡轴发动机性能退化数学建模研究时瑞军，周剑波1l，张秋贵’，皮星’(1．中国航空动力机械研究所，湖南株洲412002；2．南京航空航天大学能源与动力学院。南京210016)摘要：分析了航空发动机各部件性能退化原理；分别建立了压气机、燃烧室、涡轮性能退化的部件模型；根据航空自由涡轮式涡轴发动机的工作和使用特点，建立了性能退化的涡轴发动机数学模型；利用该模型，仿真研究了不同部件性能退化对涡轴发动机性能参数的影响。结果表明，建立的模型正确反映了部件退化对涡轴发动机的影响。关键词：涡轴发动机；

2、性能退化；数学模型；数值仿真MathematicaIModeIStudyonPerformanceDeteriorationofTurboshaftEngineSHIRui-jLln’，ZHOUJian—boZHANGQiu—gui，PIXing时瑞军(1973)，男，博士，高级工程师，(1．ChinaAviationPowerplantResearchInstitute，Zhuzhou12002，China；2．Collegeof从事推进系统的数学建模和综合控制以及EnergyandPower,NanjingofAeronauticsand

3、Astronautics，Nanjing210016，China进排气数值仿真研究。Abstract：Theper，n0ncedeteriorationtheo~"ofa~arenginecomponentsWaN基金项目：航空科学基金analyzed．Themodelsofcompressor,combustionchamberandturbinewererespectively(20090608001)资助established．Accordingtotheoperationandutilizationcharacteristicsoff

4、reeturbine收稿日期：2010—01—26turbosh@engine，themathematicalmodelofpe咖rm伽cedeteriorationforturboshoftengineWaNestablished．Theeffectofdiferentcomponentpeformancedeteriorationonthepefrormanceparametersofturboshqfie，newasstimulated．Theresultsshowthattheeffectofcomponentdeterioratio

5、nOUtheturboshafiengineisaccuratelyreflectedwiththe1引言modeZ．Keywords：turboshaftengine；performancedeterioration；mathematical直升机通常工作在近地面、model：numericalsimulation近海平面高度，往往会吸人大量的砂尘和含盐的海水蒸汽，涡轴发动机部件经常受到污垢和腐蚀的影响，工作条件十分恶劣。为了实现突然攻击，直升机需要迅速从冲击。在这样的条件下长时间工同因素对发动机性能退化的影隐蔽时的低负荷状态过渡到攻击作，

6、会造成发动机性能退化甚至响，对于改善涡轴发动机控制效时的高负荷状态，形成对涡轴发动损坏。利用准确地反映涡轴发动果，实现涡轴发动机故障诊断、延机部件频繁的热力、机械等强度机性能退化的数学模型，研究不寿及视情维修具有重要价值。E可瑞军嚣：涡轴发劫赢n牲簇避f数学臻糖糯己6／己7美国NASA利用F一15验证特性线的影响如图1所示。响如图2所示。机的PW一100—1128发动机，对涡2．3燃烧室性能退化扇发动机的性能退化进行了大量火焰筒积炭、变形、裂纹以及的理论、仿真及试飞研究国内喷嘴积炭、腐蚀，会造成雾化效果高校也开展了某型涡扇发动机的变差，火焰外

7、伸。反映在燃烧室性性能退化研究嘲。而对于航空涡轴能上，就是总压恢复系数减小和发动机性能退化研究，相关文献燃烧效率降低。虽然，一定设计形尚难见到。式的燃烧室的总压恢复系数一般保持为常数；不包括慢车状态，燃本文研究了航空涡轴发动机烧效率几乎保持100％不变；除了性能退化的基本原理，建立了描最极端的退化情况，燃烧效率也述部件性能退化的各部件数学模型；按照涡轴发动机的共同工作不随燃烧条件、燃油喷嘴的改变条件和使用特点，建立了部件级图1压气机性能退化特-陛线而改变。但是长时间工作后，燃烧室性能退化对整个发动机性能退性能退化的涡轴发动机数学模化还是有一定

8、的影响圈。型，进而仿真研究了涡轴发动机2．2涡轮性能退化性能退化的特点，为开展进一步3部件性能退化模型涡轮性能退化的主要特征是：研究奠定了基础。叶尖间隙增大，叶片型