涡轴发动机性能退化数学建模研究.pdf

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1、2010年舞36蠢簟4期V01．36No．4Aug．2010涡轴发动机性能退化数学建模研究时瑞军1，周剑波12，张秋贵1，皮星1【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)时瑞军(1973)，男，博士。高级工程师。从事推进系统的数学建模和综合控制以及进排气数值仿真研究。基金项目：航空科学基金(20090608001)资助收稿日期：2010—01—261引言直升机通常工作在近地面、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

2、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，直升机需要迅速从隐蔽时的低负荷状态过渡到攻击时的高负荷状态，形成对涡轴发动机部件频繁的热力、机械等强度摘要：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；性能退化；数学模型；数值仿真Ma

3、thematicaIModeIStudyonPerformanceDeteriorationofTurboshaftEngineSHIRui-junl，ZHOUJian—b01上ZHANGQiu—guil，PIXin91(1．ClaimAviationPowerplantResearchInstitute,Zhuzhou12002，Chinas2．CoUegeofEnergyandPower,NamingofAeronauticsandAstronautics,Naufiug210016,ChinaAbst

4、ract：Thepe咖朋僦edeteriorationtheoryofaeoFenginecomponents11)0．3analyzed．Themodelsofcompressor,combustionchamberandturbinewererespectivelyestablished．Accordingtotheoperationandutilizationcharacteristicsoffreeturbineturboshafiengine，themathematicalmodelofpe咖ml

5、n，圮edeteriorationforturbosh斫e，画，醒WaSestablished．Theeffectofdifferentcomponentpe咖ml伽cedeteriorationonthepe咖埘ln，weparametersofturboshafien∥ne乱^∞stimulated．Theresultsshowthattheeffectofcomponentdeteriorationontheturboshafiengineisaccuratelyreflectedwiththemod

6、el．Keywords：turboshaffengine；pedormancedeterioration；mathematicalmocIel；numencalsimulation冲击。在这样的条件下长时间工作，会造成发动机性能退化甚至损坏。利用准确地反映涡轴发动机性能退化的数学模型，研究不同因素对发动机性能退化的影响，对于改善涡轴发动机控制效果，实现涡轴发动机故障诊断、延寿及视情维修具有重要价值。叼璀军篓：涡轴发动卸牲篷退化数字建崾酿窍美国NASA利用卜15验证机的PW一100—1128发动机，对涡扇发动

7、机的性能退化进行了大量的理论、仿真及试飞研究吧国内高校也开展了某型涡扇发动机的性能退化研究回。而对于航空涡轴发动机性能退化研究，相关文献尚难见到。本文研究了航空涡轴发动机性能退化的基本原理，建立了描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条件和使用特点，建立了部件级性能退化的涡轴发动机数学模型，进而仿真研究了涡轴发动机性能退化的特点，为开展进一步研究奠定了基础。2部件性能退化特征及影响分析2．1压气机性能退化压气机性能退化的特征为：叶片型面磨光，动叶和静叶松动，流路破裂，机匣磨损，以及机匣偏

8、心和脱开同。不考虑损坏，压气机性能退化的主要原因是污垢和侵蚀。压气机的污垢主要来自外部尘土的堆积，其影响是：叶片型面发生变化，流路减小，机匣偏心，从而使压气机效率降低(假定设计型面效率最高)，流鼍减小。其特性曲线向左下方偏移。压气机所受侵蚀主要来自外部较大颗粒的砂石的摩擦，含盐较高的海水蒸汽的腐蚀，以及燃烧室对导向器的烧蚀，其影响是：叶片型面发生变化，叶片发生松动，流路面积增大，机匣偏心等，从而使压气机效率降低，