航空发动机变几何涡轮增压性能研究.pdf

《航空发动机变几何涡轮增压性能研究.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、2017年8月北京航空航天大学学报August2017第43卷第8期JournalofBeijingUniversityofAeronauticsandAstronauticsV01．43No．8http：}fbhxb．buaa．edu．cn、buaa@buaa．edu．cnDOI：10．13700／j．bh．1001·5965．2016．0639航空发动机变几何涡轮增压性能研究徐斌+，周帆，杨世春，田富刚，谭龙兴(北京航空航天大学交通科学与工程学院，北京100083)摘要：提出了一种变几何涡轮增压器用于发动

2、机高空恢复功率的方法，并对其调节规律和相关特性进行研究。依据涡轮流动模型，分析了相同工况下不同喷嘴环开度对涡轮增压器工作的影响。在GT．POWER中建立了变几何涡轮增压发动机模型，通过全高度下不同工况的仿真分析，验证了变几何涡轮增压发动机恢复海平面功率的应用。结果表明，匹配了变几何涡轮增压器的发动机能够显著提高发动机高空可调范围，其使用升限从5km提升到了6km，对变几何涡轮增压器应用于恢复功率与喷嘴环开度的调节规律具有指导意义。关键词：航空活塞发动机；变几何涡轮增压；功率特性；可调范围；使用升限中图分类号：

3、V234．1文献标识码：A文章编号：1001．5965(2017)08．1523．08近年来，无人机技术的广泛应用对其高空性能提出了更高的要求。而航空活塞发动机的高空性能一定程度上限制了无人机高空技术的进一步发展。涡轮增压在航空活塞发动机上的应用是为了恢复海平面功率，保证发动机性能在不同高度维持稳定。很多学者对航空发动机的安全边界¨。、使用升限、21以及控制方法旧。5。等进行了研究。单级涡轮增压已经很难满足现有航空活塞发动机的需求，变几何涡轮增压(VGT)近年来在车用发动机中有了较多应用，其在提升汽车发动机性

4、能以及控制策略¨刮等方面已被众多学者进行了研究。本文以某型航空活塞发动机为研究对象，通过在GT．POWER中建立仿真模型，对变几何涡轮增压发动机的性能进行研究，并与传统废气阀涡轮增压发动机(原机)进行对比，以分析变几何涡轮增压在提升发动机性能方面的优势。1发动机建模及仿真本文研究的发动机主要参数⋯如表1所示。表1发动机主要参数川Table1Mainparametersofengine【7】参数数值工作形式最大扭矩／(N·m)额定功率／kW额定转速／(r·min。1)使用升限／kin增压方式通过发动机台架试验研

5、究，获得了发动机性能数据和各个工况下的缸压曲线、气道压力曲线；通过气道稳压试验研究，获取了气门升程及流量系数随曲轴转角变化规律；通过对原机涡轮增压器性能试验，得到了该增压器涡轮及压气机流量特性；通过三维湍流仿真，分析了该发动机节气门流量特性。在此基础上，在GT—POWER中建立了该发动机仿真分析模型(见图1)，并进行了模型的验证，通过仿真分析与试验对比，验证了单机增压仿真模型的准确性与可靠性。因此，采用建立的仿真模收稿日期：2016438-02；录用日期：2016-11-04；网络出版时间：2016-12-2

6、614：38网络出版地址：WWW．cnki．net／kems／detail／11．2625．V．20161226．1438．001．html基金项目：航空科学基金(2013ZB51018)}通讯作者：E—mail：xbacb@buaa．edu．en引用格式：徐斌，周帆，杨世春，等．航空发动机变几何竭轮增压性能研究fJJ．北京航空航天大学学报。2017，43(8)：1523-1530．XUB．ZHOUF．YANGSC．eta1．Researchonperformanceofvariablegeometrytur

7、bochargerforaeroenginetj]．JournalofBei-ringUniversityofAeronauticsandAstronautics，2017，43侣)：1523—1530(inChinesej．油雏瀚漕料擀船舵j∞；勰鳓Ⅲ引姗，谰北京航窄航天大学学报2017年1一进气环境；2一空气滤清器；3一压气机；4一空气盒；5一化油器；6一节气门；7一进气门；8一气缸；9一曲轴箱；10一排气门；11一排气总管；12一涡轮；13一排气消音器；14一废气阀；15一排气环境。图l发动机原机GT．

8、P0wER仿真模型Fig．1SimulationmodeloforiginalengineinGT．POWERenvironment型对发动机及涡轮增压器的工作情况进行研究分析具有较高的可信性。该仿真模型的有效性和可信性已经在文献[2]中进行了充分论述，在此不再赘述。2变几何涡轮增压器的调节规律分析与建模2．1变几何涡轮增压器调节分析变几何涡轮增压器通过改变喷嘴环开度调节涡轮流通特性以改变涡轮做功能