变循环发动机建模及气动性能研究

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1、中图分类号：V231.3论文编号102870217-S120学科分类号：082502硕士学位论文变循环发动机建模及气动性能研究研究生姓名张睿学科、专业航空宇航推进理论与工程研究方向高超声速推进系统气动力学指导教师黄国平教授南京航空航天大学研究生院能源与动力学院二О一八年一月NanjingUniversityofAeronauticsandAstronauticsTheGraduateSchoolCollegeofEnergyandPowerEngineeringResearchonModelingandAerodynamicPerformanceforVariableCyc

2、leEngineAThesisinPropulsionTheoryandEngineeringofAeronauticsandAstronauticsbyRuiZhangAdvisedbyProfessor.HuangGuopingSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringJan.2018承诺书本人声明所呈交的硕士学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含

3、为获得南京航空航天大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。本人授权南京航空航天大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后适用本承诺书）作者签名：日期：南京航空航天大学硕士学位论文摘要随着军用飞机作战方式的变化，传统航空发动机越来越难满足第五代战机对于动力装置高单位推力和低巡航油耗的性能需求，而变循环发动机在该领域显示了巨大的潜力。本文建立了双外涵变循环发动机simulink模型，对变循环发动机总体性能进行了仿真分析，分析比较了各工作模式与常规涡扇发动机的性能优劣，且通过CFD

4、数值模拟验证和修改了涵道引射器的simulink模型，主要完成的研究内容如下：（1）基于容腔法建立了混合排气的涡扇发动机的实时仿真模型，考虑了发动机组件及连接段的容积，将燃烧室、外涵道视为容腔，并在高低压涡轮间加入容腔，忽略进出口压差，避免流量平衡所引起的迭代计算。设计了两种典型涵道比下的涡扇发动机模型，通过模型仿真得到了多种飞行条件下的涡扇发动机参数。（2）从湍流射流理论出发，将前后涵道引射器的物理模型当作管内射流处理，基于管内射流原理在Simulink平台上搭建了前后涵道引射器的模型，并根据CFD仿真验证的数据对前后引射关系式的引流系数进行了修正，与涡扇发动机整机模型共

5、同组成了带前后涵道引射器的变循环发动机Simulink模型。对变循环发动机不同工况下适用的工作模式、单双涵工作模式的工作原理以及主要典型工况点下的设计参数进行了比较。（3）通过双外涵变循环发动机simulink模型对变循环发动机进行了总体性能分析，发现：①亚声速巡航点下相较于常规涡扇发动机，双外涵模式下（涵道比=0.6）的变循环发动机降低了13.3%的耗油率；超声速巡航点下相较于常规涡扇发动机，单外涵模式下（涵道比=0.05）的变循环发动机单位推力高了10%；②在相同的推力水平下，双外涵模式（涵道比=0.6）的空气流量要比常规涡扇发动机高8%，说明双外涵模式的变循环发动机能

6、够吸入更多空气流量，可以减小进气道的溢流阻力，提高发动机的安装推力水平，且在低转速情况下优势更为明显；③涵道比的升高对风扇、CDFS以及压气机的稳定性有较大影响，实际发动机工作中在模式转换时应注意风扇和压气机的特性匹配。（4）对前后涵道引射器进行了CFD仿真计算，验证了基于管内射流理论的涵道引射器建模的可靠性，并根据CFD模拟结果对射流掺混的流量积分式进行了修正。关键词：变循环发动机，容腔法建模，涵道引射器，数值模拟I变循环发动机建模及气动性能研究II南京航空航天大学硕士学位论文ABSTRACTWiththechangeofoperationalmodeofmilitary

7、aircraft,traditionalaeroenginesaremoreandmoredifficulttomeettheperformancerequirementsofthefifthgenerationfighterforhighspecificthrustandlowcruisefuelconsumption,andthevariablecycleengineshowsgreatpotentialinthisfield.Thispaperestablishedavariablecycleenginesi