航空发动机空气系统虚拟部件特性研究

【类型】学位论文

【作者】袁志刚 

【关键词】 空气系统 数值模拟 虚拟部件 匹配计算

【摘要】航空发动机空气系统贯穿于整个发动机，在热端部件的冷却、腔室封严、系统压力调整、叶尖间隙控制、防冰等方面起着极为重要的作用，直接决定着航空发动机能否安全可靠地工作，所以对空气系统的准确预测非常重要，而航空发动机空气系统的数值模拟涉及到复杂流路的流动和换热，由于与沿程高温部件是耦合在一起并时刻相互影响，所以这两部分在现实中是难以分开的，但作为工程研究来说，现在的研究基本上是将固体壁面作为空气系统的边界条件从而将空气系统单独分离出来进行流路系统的研究，这种在边界处间接耦合的方法不仅计算量大而且计算精度难以保证，远不能满足实际的需要。所以针对空气系统特点，研究一种适用于实际应用的直接耦合模拟方法对保证发动机安全和提高发动机性能就显得极为重要。本文将研究发动机主流气路的部件特性法应用到复杂空气系统沿程温度、压力、流量的预测中，从而来实现发动机主流气路与空气系统的联合仿真。本方法将复杂空气系统划分为类似于主流道各部件的虚拟部件，通过数值计算得到各虚拟部件的部件特性，有别于传统的空气系统流路与沿程高温部件在边界处间接耦合的方法。通过对网络法和部件法的研究总结提出了实现空气系统与主流气路匹配计算的虚拟部件方法，并得出了将复杂空气系统划分为虚拟部件的划分原则，以及其与主流道的连接形式，通过相似准则的推导确定了描述各类虚拟部件特性的数据格式。针对某微小型航空发动机，对其空气系统进行了虚拟部件的划分，对向心涡轮虚拟部件、离心增压虚拟部件和阻力类虚拟部件建立模型，进行了二维的数值计算，得到旋转类虚拟部件的压比和效率特性并分析了雷诺数项对特性线的影响，以及阻力类虚拟部件总压恢复系数随进口速度系数的变化关系，并最终将其特性应用到航空发动机一体化仿真计算程序中，实现了空气系统与主流气路的联合仿真计算。

【学位名称】硕士

【学位授予单位】北京航空航天大学

【学位授予年度】2016

【导师姓名】丁水汀

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