TBCC发动机的建模与过渡段性能优化

发布时间：2017-05-01 11:05

  本文关键词：TBCC发动机的建模与过渡段性能优化，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：涡轮基组合循环（Turbine-Based-Combined-Cycle，TBCC）发动机由于其性能的优越性，被认为是双级入轨的可重复使用运载器第一级推进装置的最好的选择之一。TBCC发动机性能模型的建立，发动机特性的分析与性能的优化，都具有重要的意义。 通过对涡轮冲压组合循环发动机的串联式布局与并联式布局进行比较与优劣分析，在综合考虑经济性和适用性等各方面要素之后，，本文认定并联式布局更适合作为本文的研究对象。 本文进行了涡扇发动机在设计点的气动热力计算，选取了合适的涡扇发动机调节规律，根据发动机稳定工作时的热力学平衡方程，建立了涡扇发动机的稳态性能模型，得到了涡扇发动机的特性曲线。通过对发动机在是否加力下的性能的比较，确定了采用加力燃烧室的涡扇发动机。并根据相同方法进行了冲压发动机的模型建立与特性曲线求取。 根据课题的背景，确定了发动机的模式转换马赫数和飞行条件，从而确定了过渡阶段的飞行条件。再根据两种发动机各自的性能模型与共同工作时的工作状态，建立了发动机在过渡阶段的性能模型，得到了过渡阶段发动机的推力曲线和耗油率曲线。 为改善发动机的推力变化趋势，避免过渡阶段推力突然减小的状况出现，并进一步挖掘发动机潜力，本文利用序列二次规划算法进行了发动机的性能优化，并选取冲压推力最大为优化指标。从优化结果来看，该算法可以较好地解决上述问题，并且优化的结果十分明显。
【关键词】：TBCC 发动机性能模型 发动机特性 序列二次规划 发动机性能寻优
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：V235.13
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第1章 绪论8-16
• 1.1 课题背景与意义8-9
• 1.2 可重复使用运载器研究现状9-10
• 1.3 TBCC 的国内外研究现状10-13
• 1.3.1. 美国的 TBCC 研究11-12
• 1.3.2. 日本的 TBCC 研究12
• 1.3.3. 其他国家的 TBCC 研究12-13
• 1.3.4. 国内研究现状13
• 1.4 航空发动机性能寻优研究现状13-14
• 1.5 本文主要研究内容14-16
• 第2章 可重复使用运载器推进系统原理分析16-24
• 2.1 引言16
• 2.2 涡轮发动机的热力循环分析16-20
• 2.2.1 涡喷发动机的理想循环16-17
• 2.2.2 混合排气涡扇发动机的理想循环17-18
• 2.2.3 加力式涡轮发动机的理想循环18-19
• 2.2.4 涡轮发动机的实际循环19
• 2.2.5 涡轮发动机的选取19-20
• 2.3 冲压发动机的实际循环20
• 2.4 涡轮冲压组合发动机的组合循环与布局分析20-23
• 2.4.1 组合循环的概念介绍20-21
• 2.4.2 组合发动机不同布局的介绍与选取21-23
• 2.5 本章小结23-24
• 第3章 TBCC 组合循环发动机部件级模型建立24-41
• 3.1 引言24
• 3.2 涡扇发动机性能模型建立24-37
• 3.2.1. 涡扇发动机气动热力计算与分析24-29
• 3.2.2. 涡扇发动机稳态模型建立29-33
• 3.2.3. 混合排气涡扇发动机的特性计算与分析33-37
• 3.3 冲压发动机性能模型建立37-40
• 3.3.1. 冲压发动机性能模型37-39
• 3.3.2. 冲压发动机特性39-40
• 3.4 本章小结40-41
• 第4章 发动机过渡阶段特性分析41-47
• 4.1. 引言41
• 4.2. 飞行条件41-42
• 4.2.1. 确定转换马赫数41
• 4.2.2. 飞行条件41-42
• 4.3. 过渡阶段稳态性能建立42-43
• 4.4. 过渡阶段性能分析43-46
• 4.4.1. 过渡阶段推力变化曲线43-44
• 4.4.2. 过渡阶段耗油率变化曲线44-46
• 4.5. 本章小结46-47
• 第5章 过渡阶段发动机性能优化47-53
• 5.1. 引言47
• 5.2. 序列二次规划算法47-50
• 5.3. SQP 算法在发动机性能寻优中的应用50-51
• 5.4. 仿真结果51-52
• 5.5. 本章小结52-53
• 结论53-55
• 参考文献55-59
• 攻读学位期间发表的学术论文59-61
• 致谢61

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前5条

1 李刚团;李继保;周人治;;涡轮-冲压组合发动机技术发展浅析[J];燃气涡轮试验与研究;2006年02期

2 王永胜;王占学;刘增文;马会民;;并联式涡轮冲压组合发动机安装性能数值模拟[J];推进技术;2011年03期

3 程晓军;范育新;宫继双;韩启祥;王家骅;;TBCC内涵流动模拟试验模型设计及研究[J];推进技术;2013年02期

4 许红英;侯丹;陈杰;屠空;;美空军发射X-37B飞行器简析[J];中国航天;2010年06期

5 靳颖;;揭秘X-37B[J];中国航天;2011年05期

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本文编号：338773