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涡轮基组合循环发动机一体化性能数值模拟

作　者: 范静
导　师: 乔渭阳
学　校: 西北工业大学
专　业: 人机与环境工程
关键词: 吸气式组合发动机涡扇发动机冲压发动机化学平衡安装阻力气动-推进界面
分类号: V235
类　型: 硕士论文
年　份: 2005年
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内容摘要

本文的工作是根据国家863计划关于发展天地往返运输系统的要求,立足于国内现有的计算条件,从一体化角度出发,对空天飞机/吸气式推进系统性能进行系统的研究。本文分析了吸气式组合发动机的布局方式,对涡扇发动机和冲压发动机的主要设计参数的选择方法进行了说明。为了数值模拟空天飞机/吸气式推进系统一体化性能,采用了模块化合成程序。根据选定的发动机设计参数,计算了沿飞行轨迹的涡扇和冲压发动机的性能。空天飞机的推进系统中,涡扇和冲压发动机燃烧室、喷管内的温度较高,应该考虑化学平衡效应对发动机性能的影响,因此本文发展了一种快速、稳定的计算化学平衡影响的程序,克服了采用牛顿—莱普森法求解非线性方程组既耗时又存在稳定性方面的缺点。在此基础上,发展了计算有关燃烧、膨胀等热力过程混合气体性质的子程序,与计算发动机循环性能的主程序结合,完整地分析了空天飞机推进系统中的化学平衡效应。对于高度一体化的飞行器,飞行器的性能与进气道和喷管的内部特性、外部特性有着直接的联系,在一体化设计过程中,确定进气道、喷管的特性是非常重要的。由于目前在微机上采用CFD方法模拟飞行器机体—进气道—发动机—喷管一体化是不现实的,因此本文用工程计算的方法完成了进气道和喷管外部特性的计算。这种方法虽然不能揭示流动的本质,但是可以方便地进行飞行器/推进系统一体化的数值模拟,在飞行器设计的初级阶段是卓有成效的。由于空天飞机/吸气式推进系统的高度一体化特性,造成了计算时气动和推进界面的划分常常模糊不清。正是由于气动—推进界面定义的模糊,在力的合成过程中,有时出现阻力被遗漏或重复计算,其结果是飞行性能估算不准。因此本文也详细说明了气动—推进界面的划分和力的合成方法,并根据这种方法,计算了推进系统的安装性能。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-6
目录  6-8
第一章绪论  8-13
  1．1 国内、外技术发展状态和趋势  8-11
  1．2 研究目的及意义  11-12
  1．3 研究的主要内容及组织结构  12-13
第二章 TBCC发动机性能模拟  13-27
  2．1 吸气式组合发动机动力方案  13-14
  2．2 TBCC发动机总体性能计算流程  14-16
  2．3 TBCC参数的确定和循环分析  16-26
    2．3．1 发动机设计参数的确定准则  16-17
    2．3．2 TBCC发动机中涡轮发动机性能计算方法  17-21
    2．3．3 TBCC发动机中冲压发动机性能计算方法  21-26
  2．4 结论  26-27
第三章高温条件化学平衡效应的影响  27-37
  3．1 涡扇发动机中化学平衡效应的分析  27-33
    3．1．1 化学反应和平衡常数  27-29
    3．1．2 燃烧室化学平衡反应  29-30
    3．1．3 喷管膨胀过程化学平衡反应  30-32
    3．1．4 发动机性能计算  32-33
  3．2 冲压发动机中化学平衡效应的分析  33-36
    3．2．1 化学反应和平衡常数  33-35
    3．2．2 发动机性能计算  35-36
  3．3 结论  36-37
第四章一体化性能计算中进气道/喷管附加阻力计算方法  37-53
  4．1 对进气道和喷管设计的基本要求和结构形式  37-39
  4．2 进气道设计尺寸的确定  39-40
  4．3 进气道溢流阻力  40-43
  4．4 进气道附面层抽吸阻力  43-47
  4．5 进气道旁路系统阻力  47-48
  4．6 进气道辅助进气系统  48
  4．7 进气道—发动机流量匹配  48-51
  4．8 高速飞行器喷管后体阻力  51-52
  4．9 结论  52-53
第五章一体化性能计算中气动/推进界面的划分及力的合成  53-60
  5．1 一体化性能研究中气动/推进界面的划分  53-55
  5．2 一体化性能力的合成  55-59
  5．3 结论  59-60
第六章总结与展望  60-62
参考文献  62-68
致谢  68-69

涡轮基组合循环发动机一体化性能数值模拟

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