大涵道比涡扇发动机分开式排气系统设计参数影响研究

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1、第4卷第2期2013年5月航空工程进展ADVANCESINAERONAUTICALSCIENCEANDENGINEERINGV01．4No．2Mav2013文章编号：1674—8190(2013)02—211-08大涵道比涡扇发动机分开式排气系统设计参数影响研究环夏，杨青真，高翔，李翔，熊剑(西北工业大学动力与能源学院，西安710072)摘要：为了分析外涵可用压比、内外涵出口面积以及核心外罩长度四个参数对大涵道比涡扇发动机分开式排气系统气动性能的影响，以该排气系统为原型采用数值模拟的方法对其性能进行研究。结果表明：存在一个最佳外涵

2、可用压比使推力系数最大，但此时外涵处于欠膨胀状态，其设计规律与单喷管设计不同；存在一个使得推力系数最大的最佳喷管出口面积，此时喷管处于微弱的过膨胀状态，这主要与核心外罩／尾锥上的压强分布有关；核心外罩长度对排气系统性能存在一定程度的影响。关键词：大涵道比涡扇发动机；排气系统；数值模拟；内外流计算中图分类号：V235．13文献标识码：ANumericalInvestigationintotheEffectofDesignParametersonHighBypassRatioSeparateFlowExhaustSystemPerfo

3、rmanceHuanXia，YangQingzhen，GaoXiang，LiXiang，XiongJian(SchoolofPowerandEnergy，NorthwesternPolytechnicalUniversity，Xi’an710072，China)Abstract：InordertOanalyzetheinfluenceofthedifferentoutletareaofexternalandinternalbypass，thediffer—entlengthoftheoutercasingandtailconeon

4、theaerodynamicperformance，numericalsimulationmethodofhighbypassratioseparateflowexhaustsystemisadoptedandsatisfactoryresultisobtained．Theresultsshowthatfirstly，thereisanoptimalavailablepressureratioofexternalbypasswhichmakesthrustcoefficientmaxi—mum，buttheexternalbypa

5、sswillbeatunde卜expandedstatewhenthepressureratioisadopted．Itsdesignisdifferentfromthesinglechannelnozzle．Secondly，thereisanoptimaloutletareaofnozzlewhichmakesthrustcoefficientmaximum，butthenozzlewillbeatover-expandedstatewhentheoutletareaisadopted．Itmainlydependsonthe

6、pressuredistributionoftheoutercasingandtailcone．Finally，thelengthofoutercasingalsoin—fluencestheperformanceoftheexhaustsystem．Keywords：highbypassratioturbofan；separate-flowexhaustsystems；numericalsimulation；flowfieldcalculation0引言目前，大涵道比涡扇发动机是大型民用客机、运输机的常见动力系统。作为发动机主要

7、部件之一的排气系统，主要功能是在设计状态下使燃气发生器排出的燃气继续膨胀，将可用功转变为动能，收稿日期：201205—16；修回日期：2012-09—13通信作者：环夏，1352454246@qq．com高速向后喷出，使发动机获得最大的轴向推力，因此其对发动机的性能乃至飞机的性能都有很大的影响。由于大涵道比涡扇发动机排气分为两部分，外涵道(风扇)排出的冷空气和内涵排出的高温燃气，所以相应的涡扇发动机的排气方式也就分为两种，内外涵的气流分开排出和内外涵气流混合后由共用喷管排出。对排气喷管的设计一方面要保证发动机循环所需要的流量，另一

8、方面要使压力损失最小的同时不增大外部阻力[13等。D．J．Lahti等[11和R．R．Babbit等比1对设计方面的要求进行航空工程进展第4卷了详细的讨论。国外对排气系统的研究，主要集中于排气系统性能计算方法[3。6]。这些方法大都是通过求解二维／