微型涡喷发动机整机三维数值模拟研究

发布时间：2020-11-02 05:13

　　 微型涡喷发动机因其体积小、推重比和能量密度高、易于维护等优点,被广泛应用于航模飞行器和无人机中。离心压气机、燃烧室、涡轮及尾喷管作为微型发动机主要核心部件,其性能的好坏对整机的整体性能有较大的影响。为了更全面的研究微型涡喷发动机的整体性能,需要分别对各核心部件及整机进行数值计算分析。本文基于KJ66涡喷发动机模型,采用CFD软件FLoEFD首先对离心压气机进行了性能特性计算,得出该离心压气机在最大设计转速下,其质量流量为0.214kg/s,压比达到2.1。然后对发动机的燃烧室进行了数值计算和对比分析,结果表明主燃区已达到化学恰当比的燃烧温度,燃烧室出口的周向温度分布系数OTDF为0.2912,径向温度分布系数RTDF为0.1164,表明燃烧室内部燃烧情况较为恶劣,会对涡轮造成负面影响。又对该发动机涡轮进行了性能计算分析,当落压比为1.8时,计算结果的质量流量与实验结果相差了0.005kg/s,其涡轮效率误差为2.3%,计算误差较小,表明与实验结果具有良好的一致性。在上述计算基础上对该涡喷发动机进行了三维整机模拟计算,并分别对发动机变转速、速度特性和高度特性的计算结果进行了分析。结果表明,随着发动机转速的不断增加,其推力逐渐增大,但是在低转速下,其推力较小;其速度特性是随着飞行马赫数的增加,发动机的推力先减小后增大,耗油率则一直增大;高度特性是随着飞行高度的增大,发动机的推力明显下降,发动机的耗油率也逐渐减小。通过以上计算分析,建立了比较完整的三维整机性能研究体系,为今后涡喷发动机整机的研究提供技术手段和思路。
【学位单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TK403
【文章目录】：
摘要
abstract
1 绪论
    1.1 课题研究背景及意义
    1.2 微型发动机研究现状
        1.2.1 微型发动机国内外发展现状
        1.2.2 各核心部件研究现状
        1.2.3 整机研究现状
    1.3 本文主要研究内容
2 数值方法及计算理论
    2.1 CFD计算软件
        2.1.1 CFD介绍
        2.1.2 FloEFD软件简介
    2.2 流体运动的基本理论
        2.2.1 控制方程
        2.2.2 湍流模型
        2.2.3 燃烧模型
    2.3 微型发动机整机性能计算理论
        2.3.1 性能仿真数学模型
        2.3.2 发动机各部件计算方法
    2.4 本章小结
3 KJ66 发动机各核心部件计算
    3.1 压气机计算分析
        3.1.1 压气机模型与网格无关性
        3.1.2 压气机边界条件及计算结果
    3.2 燃烧室计算分析
        3.2.1 燃烧室模型与网格无关性
        3.2.2 燃烧室边界条件及计算结果
    3.3 涡轮计算分析
        3.3.1 涡轮模型与网格无关性
        3.3.2 涡轮边界条件及计算结果
    3.4 本章小结
4 KJ66 发动机整机计算
    4.1 KJ66 发动机基本参数介绍
    4.2 整机计算分析
        4.2.1 整机模型与网格无关性
        4.2.2 边界条件及计算分析
    4.3 不同转速对发动机性能的影响分析
    4.4 速度特性及高度特性分析
        4.4.1 速度特性
        4.4.2 高度特性
    4.5 本章小结
结论与展望
参考文献
致谢

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本文编号：2866618