航空发动机高空模拟试车台排气冷却系统研究

论文摘要

具备高空模拟试验能力的试车台,是航空发动机试验的重要设备,其高空模拟试验也是发动机定型的关键试验。许多国家研制航空发动机的历程证明,拥有高空模拟试验能力的试车台是研制先进航空发动机必不可少的试验设备。特别是现代超音速飞机用航空涡喷或涡扇发动机的最大飞行高度已达25-30km,飞行Ma数已达2.5-3.0,对于这样宽广的工作范围,发动机工作参数的变化幅度极大。因而发动机的高空性能与地面大不相同,再也不能将地面台架试验性能用相似换算的方法来得到发动机的高空性能。更重要的是随着飞行范围的扩大,影响发动机结构强度最恶劣的气动热力负荷点已不是海平面静止状态,而是低空大Ma数或中空大Ma数。从1937年德国建立起第一座冲压式发动机高空试验设备起,全世界已有德、美、英、法、前苏联和中国相继建立了包括不同类型的高空台在内的大型航空动力装置试验研究基地几十个,高空试验舱近百个,以及不计其数的部件试验设备,这对世界航空动力装置的快速发展起到了极大的推动作用。我国首座高空模拟试车台建设从1965年开始,几经周折,历时30年,于1995年建成投产。由于航空发动机高空模拟试验台设备十分复杂,本文研究方向只针对排气冷却系统,参照国内现有该类试验台,对其进行优化,并得到第一手理论数据,为日后该台调试应用作好技术储备。首先,简要介绍了有关航空发动机高空模拟试验台研究的国内外动态及相应的研究成果,总结了航空发动机高空模拟试验台的一些传统设计方法。在这些已有经验的基础上,根据中航工业航空动力机械研究所在研发动机的特点,提出更为实用的设计方案,使设备发挥最大功效。其次,通过3D建型,利用流场分析软件CFX分析排气冷却系统中,引射管内流场分布和冷却情况。最后,对照试验数据,进一步调整排气冷却系统内各段结构和分布,以使其达到最高工作效率,以提高该试验设备的试验范围。试验结果表明,设计方案可行,根据计算捉出的优化方案可以弥补设计的局部不足,试验结果表明,效果良好,对该台后续改造完善具有重大意义。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 插图索引
• 附表索引
• 第1章 绪论
• 1.1 本课题的研究意义及目的
• 1.1.1 课题研究的意义
• 1.1.2 课题研究的目的
• 1.2 国内外研究动态
• 1.2.1 高空台发展的四个阶段
• 1.2.2 高空台主要技术发展特点
• 1.3 本文的研究内容
• 第2章 排气冷却系统结构设计
• 2.1 排气冷却系统的结构及设计要求
• 2.1.1 排气冷却系统的结构类型
• 2.1.2 排气冷却系统设计
• 2.2 气源与动力
• 第3章 基本理论及控制方程
• 3.1 粘性流体动力学基本方程组
• 3.1.1 流体微团运动分析
• 3.1.2 质量方程
• 3.1.3 粘性流体的运动方程（N-S方程）
• 3.1.4 粘性流体的能量方程
• 3.2 雷诺方程、k-ε两方程紊流模型和离散方法
• 第4章 排气冷却系统参数化建模及流场分析
• 4.1 计算软件介绍
• 4.1.1 Unigraphics软件简介
• 4.1.2 ANSYS软件简介
• 4.2 参数化模型的建立
• 4.3 利用CFD对冷却系统扩压器部分的流场计算
• 4.3.1 计算区域
• 4.3.2 计算条件
• 4.3.3 计算内容
• 4.3.4 计算结果及分析
• 第5章 方案优化及试验验证
• 5.1 试验内容
• 5.1.1 开舱试验
• 5.1.2 试验舱高空大气压力环境模拟调试
• 5.1.3 试验舱高空环境模拟调试
• 5.1.4 高原起动调试试验
• 5.1.5 高空起动及高空性能调试试验
• 5.1.6 高低温起动调试试验
• 5.2 调试中出现的主要问题及处理
• 总结
• 参考文献
• 致谢