螺旋桨动力系统桨发匹配技术研究

发布时间：2020-03-21 22:03

【摘要】：随着燃油费的上涨,低油耗的螺旋桨飞机在军民用飞机市场有着越来越广泛的应用。螺旋桨飞机不同于涡喷涡扇动力飞机,其拉力由螺旋桨产生,整个动力系统的性能涉及到螺旋桨和发动机两部分的性能。因此,需要在飞机设计阶段和后期使用阶段进行桨发匹配设计,以提高螺旋桨飞机动力系统的性能。本文主要针对涡桨动力飞机,研究了螺旋桨性能计算方法、涡桨发动机性能计算方法和基于可用和需用功率的桨发匹配设计方法,在此基础上开发了螺旋桨动力系统桨发匹配计算程序。利用该计算程序,进行了活塞动力和涡桨动力系统桨发匹配设计,为螺旋桨动力系统桨发匹配设计提供了思路。本文研究了基于螺旋桨片条理论的螺旋桨性能计算方法,采用该方法开发了螺旋桨性能计算程序,并通过试验算例验证了程序的正确性。基于热力学原理对涡桨发动机热力计算方法进行了研究,并研究了变比热计算工质物性参数的方法。建立了涡桨发动机各部件性能计算模型,并研究了部件特性曲线缩放法和非对齐数据二元插值法。在发动机共同工作条件基础上,研究了Newton-Raphson法迭代寻找共同工作点的方法,给出了涡桨发动机整机性能仿真思路。研究了活塞发动机和定距桨的桨发匹配设计原理,提出了采用变距桨下的螺旋桨动力系统桨发匹配设计思路,研究了螺旋桨性能数据插值方法、桨发匹配设计方法和飞行性能计算方法并进行了算例验证。针对活塞动力飞机,计算了不同巡航重量下的螺旋桨最佳转速和不同螺旋桨转速巡航下的飞机航程和航时,结论如下:在燃油量一定的情况下,选择最佳螺旋桨转速可有效提高飞机的航程和航时,提升飞行性能。针对涡桨动力飞机,计算了某型螺旋桨和发动机性能,并进行飞行剖面的桨发匹配设计。爬升阶段采用发动机最大状态爬升策略,计算了不同螺旋桨转速爬升下的耗油率、拉力、航程和航时等的变化规律,结论如下:采用最大转速爬升能够较快较经济爬升到预定巡航高度;巡航阶段采用基于需用功率的桨发匹配计算方法,计算了不同飞行重量、不同飞行高度下的最佳螺旋桨转速及螺旋桨转速对航程航时的影响,结论如下:不同的飞行重量、飞行高度,最佳螺旋桨转速会随之变化;采用最佳螺旋桨转速巡航可有效提升飞机的巡航性能。
【图文】：

使螺旋桨的发展受到影响[1]。70 年代初期，世界石油危机发生，燃油费用上涨，世界各大航空公司都在寻找低耗油量的航空动力装置。这样，低耗油量的航空螺旋桨技术，重新获得重视，为其发展提供了一个新的机遇[1]。目前国外性能较为优越的军用螺旋桨飞机有：美国 E-2C“鹰眼”预警机、俄乌联合研制的安-70 大型运输机、美国 MQ-9“捕食者”无人机（如图 1.1（a））以及欧洲 7 国联合研制的 A-400M 军用中程运输机(如图 1.1（b）)等。民用客机有：法意联合研制的 ATR-72（如图 1.1（c））,巴西庞巴迪 Q-400 等。我国螺旋桨飞机研制技术自上世纪 60 年代以来已经取得了很大进步，，涡桨运输机有运七、运八等，涡桨客机有研制成功的“新舟”600 支线客机（如图 1.1（d））和在研制的“新舟”700 支线客机等。（a） MQ-9 （b） 欧洲A-400M

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【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：V228

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本文编号：2594001