基于部件法的涡轴发动机性能计算模型研究

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1、第2卷第3期航空工程进展Vo1．2No．32011年8ADVANCESINAER0NAUTICAISCIENCEANDENGINEERINGAug．2O11文章编号：1674—8190(2011)03—312—06基于部件法的涡轴发动机性能计算模型研究一～撇～一～一～一u～一_量一．重一一一脚一～～m一赵强，陈玉春，王永文，周建平，周新新(西北工业大学动力与能源学院，西安710072)摘要：为研究自由涡轮式涡轴发动机的稳态特性，建立了基于部件法的涡轴发动一机一稳态特一性Ⅲ计⋯算模一型，一编制了计算程序

2、，并指出了涡轴发动机各部件在共同工作时需要满足的平衡关系，同时建立r求解稳态特性计算模型的非线性方程组。然后利用编制的稳态特性计算程序，计算了某涡轴发动机在考虑使用限制时的最大状态特性和不同高度下的节流特性。通过对计算结果对比分析，研究结果表明：建立的计算模型是合理的，可作为深入研究自由涡轮式涡轴发动机稳态特性的工具，具有一定的工程应用价值。关键词：涡轴发动机；部件法；性能计算模型；稳态特性中图分类号：V235．1文献标识码：AStudyofMathematicalModelOilSteady—cha

3、r_一薹ac．一-一一～阳t蓦er～m～一is_～一t咖薹mic一A～smo～一～一f一删邑～一_一一lm；Turbo。shaftEngineBasedonComponentModelingZhaoQiang，ChenYuchun，WangYongwen，ZhouJianping，ZhouXinxin(SchoolofPowerandEnergy，NorthwesternPolytechnicalUniversity，Xi’an710072，China)Cn甜．r朗lt∽S呦a㈣～涡轴发动机分为定轴式

4、涡轴发动机和自由涡0引言轮式涡轴发动机，前者的涡轮既用于驱动压气机，直升机具有垂直起降、空中悬停、低空低速飞又用于驱动直升机旋翼等负荷，具有功率输出方行、机动灵活及无需专用机场等特点，决定了其在便、结构相对简单等优点，但存在起动性差、转速不军事和国民经济各领域的广泛应用]。当今为直易控制等缺点，主要作为早期的直升机动力；后者升机提供动力的几乎都是航空涡轴发动机，这是由的单独涡轮(自由涡轮)用于驱动外负荷，具有容易涡轴发动机重量轻、体积小、单位功率高、振动小和起动、加速性好、工作稳定等优点，当今大多数直

5、升噪声小等优点决定的，因此研究涡轴发动机的特性机以其作为动力系统J。本文研究自由涡轮式涡显得十分重要。轴发动机的稳态特性计算模型。国内外大量文献介绍了涡喷、涡扇发动机稳态性能计算模型l3]，但很少有文献对建立求解自由收稿日期：2010-1227；修回日期：2011-02—22涡轮式涡轴发动机性能计算模型作过详细描述。通信作者：赵强，zq0417@sohu．corn本文在发动机部件法的基础上，利用各部件共同工第3期赵强等：基于部件法的涡轴发动机性能计算模型研究313作的原理，建立了自由涡轮式涡轴发动机的

6、性能计式中：C表示燃气的定压比热容；Ts和Ts分别表算模型。示自由涡轮进口和出口的总温；P和P。分别表示自由涡轮进口和出口的总压；(P。)表示设计状l基于部件法的涡轴发动机性能计算模型态自由涡轮的输出功率值；，7，表示自由涡轮输出轴的机械效率；表示自由涡轮的效率。基于部件法的发动机性能计算模型，是指将发设计状态确定后，通过计算可得到发动机的关动机分为几个单独的部件，各部件之间通过机械和键截面的尺寸(喷管出口面积)。气动上的联系完成共同工作。自由涡轮式涡轴发动机主要由进气道(含粒子1．2非设计状态的性能

7、计算模型分离器)、压气机、燃烧室、燃气涡轮、自由涡轮、扩当发动机工作于非设计状态时，压气机、燃烧张喷管和减速器等系统构成，其结构示意图如图1室、燃气涡轮和自由涡轮的工作点都发生了变化，所示Er]。压气机转速、流量、增压比和效率，涡轮前总温和燃油流量，燃气涡轮和自由涡轮的转速、流量、落压比也发生了变化。自由涡轮式涡轴发动机的非设计状态数学模型可通过非线性方程组的形式进行描述。对于直升机的主要飞行状态，通常设定旋翼的转速不变，由于主减速器的减速比为常数，即涡轴发动机的自由涡轮转速N等于常数，这可以通过调节

8、直升机旋翼的安装角来实现_1。罔1涡轴发动机结构示意图在计算涡轴发动机非设计状态性能时，方程组Fig．1Structureschematicillustrationof的自变量包括核心机(或燃气发生器)物理转速turbo—shaftengineN、压气机换算流量Wa。⋯燃烧室出口总温注：“o”表示进气道(含粒子分离器)进17i截面；⋯2’表示进气道出T(或燃油流量WFB)、燃气涡轮落压比丌⋯自由口／压气机进口截面i“3”表示压气机出口／燃烧室进口截面；“