Trijet组合循环发动机排气系统数值仿真与分析

发布时间：2017-08-19 11:26

  本文关键词：Trijet组合循环发动机排气系统数值仿真与分析

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【摘要】：Trijet组合循环发动机是美国波音和Aerojet公司合作研制的将涡轮发动机、火箭增强型引射冲压发动机与双模态超燃冲压发动机整合的一种新型T/RBCC发动机。本文针对Trijet组合循环发动机的排气系统,开展了总体性能计算、气动型面设计与数值仿真研究,主要探究在宽马赫数工作范围下三台发动机共同工作能否实现推力连续以及其排气系统相互之间的气动干涉等流动特征。首先,介绍了Trijet发动机的工作原理,分析了其排气系统的构造。在此基础上,确定了Trijet组合发动机的总体计算方法,建立了简化的ERJ一维数学模型和DMRJ超燃模态的准一维计算模型,结合GasTurb软件,开展了Trijet组合发动机总体计算方法研究,并与国外文献中的数据进行了算例比较和验证。其次,对国外文献中的飞行包线进行了合理的修改和补充,以本课题组王卫星老师设计的内折式进气道参数为计算输入条件,采用已建立的Trijet组合发动机的总体计算方法,得到了理想状态和固定型面两种条件下的发动机推力曲线及排气系统气动参数,比较分析了两种不同模型计算得到的速度特性,给出了三台发动机之间的流量分配。最后,根据固定型面下的喷管参数,对Trijet的三台发动机喷管分别展开了初步气动设计,采用CFD技术,对设计的方案进行了修改和简化处理,得到了较合理的气动方案。并对设计点、五个典型非设计点以及四个过渡模态下的排气系统流场进行了数值仿真,分析了喷管流场的流动特征和流动机理,研究结果对组合循环发动机的总体设计具有一定的参考价值。
【关键词】：组合循环发动机 涡轮/火箭基组合循环 排气系统 总体计算 气动设计 数值仿真
【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】：2016
【分类号】：V236
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-12
• 注释表12-14
• 缩略词14-15
• 第一章 绪论15-21
• 1.1 研究背景15-17
• 1.2 国内外研究现状17-20
• 1.3 本文主要研究内容20-21
• 第二章 Trijet组合循环发动机工作原理21-25
• 2.1 Trijet组合循环发动机工作原理21-23
• 2.2 Trijet组合循环发动机构造分析23-25
• 第三章 Trijet组合循环发动机总体性能计算方法25-38
• 3.1 Trijet组合循环发动机数学模型25-32
• 3.1.1 ERJ一维理论模型25-29
• 3.1.2 超燃冲压发动机准一维分析模型29-32
• 3.2 总体计算方法验证32-37
• 3.2.1 来流条件及进气道参数32-33
• 3.2.2 算例33-35
• 3.2.3 计算结果分析比较35-37
• 3.3 小结37-38
• 第四章 Trijet组合循环发动机气动热力计算38-50
• 4.1 进气道参数38-40
• 4.1.1 飞行包线38-39
• 4.1.2 进气道流量系数39-40
• 4.1.3 进气道总压恢复系数40
• 4.2 气动参数计算40-44
• 4.2.1 理想状态气动参数计算40-42
• 4.2.2 固定型面气动参数计算42-43
• 4.2.3 DMRJ通流状态气动参数计算43-44
• 4.3 发动机流量分配44-45
• 4.4 总体性能计算及分析45-49
• 4.4.1 总体计算结果45-47
• 4.4.2 速度特性47-49
• 4.5 小结49-50
• 第五章 Trijet组合循环发动机排气系统设计仿真50-71
• 5.1 三维DMRJ喷管设计50-51
• 5.2 二元可调TE喷管设计51-56
• 5.2.1 等面积圆转正方51-53
• 5.2.2 维托辛斯基曲线/特征线法53-54
• 5.2.3 不同飞行状态型面对比54-55
• 5.2.4 TE整体设计55-56
• 5.3 三维ERJ喷管/调节板设计56-64
• 5.3.1 初始设计方案56-57
• 5.3.2 简化设计方案57-59
• 5.3.3 三维扩张段设计方法59-64
• 5.4 数值仿真方法简介64-66
• 5.4.1 数值仿真软件64
• 5.4.2 网格划分及计算域64-65
• 5.4.3 边界条件及湍流模型65-66
• 5.5 不同设计模型数值仿真结果66-70
• 5.5.1 DMRJ两种模型仿真计算结果66-67
• 5.5.2 ERJ四种设计方案计算结果67-68
• 5.5.3 不同调节板角度计算结果68-70
• 5.6 小结70-71
• 第六章 Trijet组合循环发动机排气系统流动机理分析71-99
• 6.1 设计状态71-73
• 6.2 非设计状态73-87
• 6.2.1 M=0.5 亚音速TE与ERJ共同工作73-77
• 6.2.2 M=2.0 超音速TE与ERJ共同工作77-80
• 6.2.3 M=3.0 ERJ单独工作80-83
• 6.2.4 M=4.0 亚燃模态DMRJ单独工作83-85
• 6.2.5 M=6.0 超燃模态DMRJ单独工作85-87
• 6.3 过渡模态87-94
• 6.3.1 TE与ERJ过渡模态87-92
• 6.3.2 ERJ与DMRJ过渡模态92-94
• 6.4 推力分析94-96
• 6.5 变比热影响96-98
• 6.6 小结98-99
• 第七章 总结与展望99-102
• 7.1 工作总结99-101
• 7.2 工作展望101-102
• 参考文献102-106
• 致谢106-107
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文107

【参考文献】

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本文编号：700455