微型涡喷发动机试验研究

论文摘要

近年来,微型涡喷发动机因具有推重比高、耗油率低、结构简单、造价低廉等优点,备受世界各国关注,尤其适合于无人机、巡飞弹及巡航导弹等微小型飞行器的动力需求。本文以厘米级微型涡喷发动机为研究对象,以试验研究为主,并结合理论分析与数值模拟等手段,对微型涡喷发动机的工作过程进行分析研究,主要工作如下：一、针对某厘米级微型涡喷发动机进行了理论分析。在给定初始条件下,根据发动机总体性能要求及零部件重要设计参数进行气动热力计算,通过进气道、压气机、燃烧室、涡轮及尾喷管的设计理论与方法选定发动机的主要预选参数,计算发动机各特征截面热力参数,最后计算出发动机性能参数。二、搭建微型涡喷发动机试验台、供油系统及相关测试系统,针对发动机起动加速过程进行了试验研究。分别进行了点火试验、慢车试验以及慢车后加速试验,对试验过程中转速、温度、推力、流量等数据进行分析,总结微型涡喷发动机起动加速性能规律,并针对发动机在起动加速试验中出现的问题提出相应的解决方案。三、建立微型涡喷发动机环形燃烧室的物理模型,采用CFD软件对慢车状态(32000r1pm)、中间状态Ⅰ(72000rpm)、中间状态Ⅱ(90000rpm)以及最高转速状态(110000r1pm)进行了三维数值模拟,分析不同工况下的速度、温度与浓度分布。结果表明,随着发动机转速上升,燃烧室总压恢复系数呈下降趋势,而出口平均温度逐步上升,燃烧效率也随之升高。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.2 微型涡喷发动机国内外研究现状
• 1.2.1 国外发展概况
• 1.2.2 国内发展概况
• 1.3 本文研究的主要内容
• 2 微型涡喷发动机热力计算
• 2.1 基本假设及热力计算步骤
• 2.1.1 工作原理简介
• 2.1.2 基本假设
• 2.1.3 热力计算步骤
• 2.2 进气道
• 2.3 压气机
• 2.3.1 压气机的作用与结构
• 2.3.2 压气机热力计算
• 2.4 燃烧室
• 2.4.1 燃烧室的作用与结构
• 2.4.2 燃烧室热力计算
• 2.5 涡轮
• 2.5.1 涡轮的作用与结构
• 2.5.2 涡轮热力计算
• 2.6 尾喷管
• 2.7 发动机性能计算
• 2.8 发动机热力计算结果
• 3 微型涡喷发动机试验台及测试系统
• 3.1 试验台
• 3.1.1 试验台要求
• 3.1.2 试验台结构
• 3.1.3 试验台特点
• 3.2 测试系统
• 3.2.1 测试控制系统
• 3.2.2 推力测量
• 3.2.3 流量测量
• 3.2.4 转速测量
• 3.2.5 温度测量
• 3.3 供油系统
• 4 微型涡喷发动机的起动加速特性试验研究
• 4.1 起动方法与过程
• 4.1.1 起动方法
• 4.1.2 起动阶段
• 4.1.3 起动过程的关键问题
• 4.2 起动加速特性试验研究
• 4.2.1 点火试验研究
• 4.2.2 慢车试验研究
• 4.2.3 慢车后加速试验研究
• 4.3 起动加速试验中发现的发动机问题及解决方案
• 4.3.1 轴承选择
• 4.3.2 涡轮与机匣的同心度
• 4.3.3 涡轮轴向间距
• 4.3.4 进气道内型面与压气机叶轮匹配度
• 4.4 本章小结
• 5 微型涡喷发动机燃烧室的数值模拟
• 5.1 燃烧室概述
• 5.2 物理模型
• 5.3 数学模型与边界条件
• 5.3.1 控制方程组
• 5.3.2 湍流模型
• 5.3.3 燃烧模型
• 5.3.4 热辐射模型
• 5.3.5 边界条件
• 5.4 计算结果及分析
• 5.4.1 慢车状态计算结果及分析
• 5.4.2 中间状态Ⅰ计算结果及分析
• 5.4.3 中间状态Ⅱ计算结果及分析
• 5.4.4 最高转速状态计算结果及分析
• 5.4.5 不同工况的燃烧室性能参数分析
• 5.5 本章小结
• 6 结论与展望
• 6.1 主要工作及结论
• 6.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录