燃氣渦輪發(fā)動機整機穩(wěn)定裕度數(shù)值模擬方法研究.pdf

1、發(fā)動機工作的喘振邊界是發(fā)動機極其重要的安全邊界，與飛機的安全飛行以及戰(zhàn)斗機的戰(zhàn)術技術性能有密切的關系。目前人們習慣于將壓氣機的喘振邊界來作為發(fā)動機的喘振邊界。隨著發(fā)動機對氣動穩(wěn)定性評估技術要求的提高，發(fā)現(xiàn)當壓氣機裝在航空動力裝置中以后，壓氣機喘振邊界會發(fā)生變化。認識到部件環(huán)境下與在發(fā)動機環(huán)境下壓氣機的喘振邊界有差別以后，對整機環(huán)境下壓氣機的喘振邊界的研究越來越受到重視。研究方法主要有兩類：1、經(jīng)驗修正方法以孤立壓氣機的特性為基礎，憑經(jīng)驗

2、或試驗結果數(shù)據(jù)來修正裝機以后的壓氣機的特性與喘振邊界；2、穩(wěn)定性方程分析方法將航空發(fā)動機作為一個整體來研究，建立發(fā)動機整機的氣動穩(wěn)定性模型來分析整機環(huán)境下風扇/壓氣機的喘振邊界。前者試驗與時間成本昂貴，后者較少依賴試驗卻有著不錯的精度，便于深入研究導致整機與部件喘振邊界異同的原因。
　　為了探究導致整機與部件環(huán)境下壓氣機穩(wěn)定邊界異同的原因，以彌補國內(nèi)在這一領域內(nèi)認知上的空白，發(fā)展了可用于計算燃氣渦輪發(fā)動機整機喘振邊界的數(shù)值模擬技術

3、。該技術將燃氣渦輪發(fā)動機整機視為一個系統(tǒng)，對整機建立一維氣動小擾動模型，根據(jù)李雅普諾夫第一近似理論來判斷該系統(tǒng)的失穩(wěn)點，實現(xiàn)了發(fā)動機整機環(huán)境下均勻進氣時壓氣機部件穩(wěn)定邊界判定，并以計算程序為載體將該方法應用到渦噴、分排氣與混排氣渦扇發(fā)動機中，使之成為一種實用的發(fā)動機環(huán)境下均勻進氣時壓縮部件喘振邊界預測技術。具體的做法是對燃氣渦輪發(fā)動機進行一維歐拉方程整機建模，根據(jù)小擾動理論，將整機控制方程進行線化處理，并對整機進行逼喘，對節(jié)流后線性方程

4、組的系數(shù)矩陣進行QR計算獲取特征值，認為出現(xiàn)正實部的特征根時即為發(fā)動機整機失穩(wěn)。
　　根據(jù)數(shù)值模擬結果與實驗數(shù)據(jù)的對比分析，以某渦噴發(fā)動機為例，發(fā)現(xiàn)整機穩(wěn)定邊界低于部件穩(wěn)定邊界，造成這種差異的原因在于整機環(huán)境中壓氣機后接的流道管路為擴張管路，而部件環(huán)境中壓氣機后一般接直管道或收斂噴管。對于渦扇發(fā)動機，發(fā)現(xiàn)風扇整機與部件穩(wěn)定邊界基本重合，這是因為在節(jié)流過程中，由于高壓壓氣機的存在，風扇內(nèi)涵道出口流動情況得到改善；高壓壓氣機整機穩(wěn)定邊