低速无人机发动机短舱设计与试验方法研究
本文关键词：低速无人机发动机短舱设计与试验方法研究
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【摘要】：低速无人机的发动机短舱包括短舱外罩、散热器、风道等主要部件。短舱外罩一般配合机身型面一体设计,主要功能是包裹内部的发动机、散热器、风道等部件,对对机身后方气流进行整流;散热器是最主要的冷却部件,通常散热器需要提供的散热量大约是发动机输出功率的一半,同时也会产生约全机阻力10%的附加阻力;由于散热器都安装在短舱内部,为保证把合适条件的冷却气流引向散热器,就需要设计相应风道。低速无人机同时兼具高冷却需求与大升阻比的特点,因此发动机短舱设计的关键就是在满足冷却性能的前提下有尽量小的附加阻力。本文主要研究内容是低速无人机发动机短舱的设计和试验方法,包括散热器风洞试验方法、散热器风道设计方法、短舱外形对比研究几个主要部分。由于在散热器流阻方程已知的情况下才能开展散热器风道性能计算,而短舱外形又受散热器风道进口位置与型式的影响,所以本文中的研究内容顺序是先散热器再风道再短舱外形,研究重点是各主要部件的减阻设计。一般的地面试验方法很难保证散热器流阻数据的测试精度,因此本文中论述了一种自己设计的风洞实验方法,利用在散热器前后方布置的多个皮托管测点,测出精确的散热器流阻数据,并根据六分量天平测出的散热器阻力数据与流阻数据之间的分析对比,证明了流阻数据的精确性。散热器风道的进出口流场条件以及自身流阻特性都会影响通过散热器的冷却流量,同时会引起阻力变化。本文中通过理论计算方法,对比了几种典型风道型式的阻力特性,最终结论是确定扩张型风道对减阻最有利。另外本文还通过试验分析了风道进出口压力对散热器冷却性能的影响,提出散热器风道进出口设计的基本原则。发动机短舱外罩型式决定了短舱整体外形,在本文中通过数值仿真方法模拟几种短舱外形的流场特性,同时通过风洞试验方法测试了这几种短舱外形的附加阻力,最终结论是短舱外形减阻设计的关键是尽量避免通过气流的流动分离,并根据研究结论提出了短舱外形的优化设计方案。本文较详细地论述了低速无人机发动机短舱的一些设计和试验方法,具有比较明确的工程应用价值,可以为类似的发动机短舱设计工作提供参考。
【关键词】：发动机短舱 散热器 散热器风道 短舱外形 风洞试验
【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】：2016
【分类号】：V279
【目录】：
- 摘要4-5
- ABSTRACT5-8
- 第1章 绪论8-17
- 1.1 研究背景8-10
- 1.2 国内外研究概况10-16
- 1.2.1 发动机短舱研究10-13
- 1.2.2 散热器研究13-14
- 1.2.3 冷却风道研究14-16
- 1.3 本文的主要研究内容16-17
- 第2章 散热器流阻性能试验方法与应用研究17-34
- 2.1 引言17
- 2.2 散热器阻力性能测试方法研究17-28
- 2.2.1 试验需求17-19
- 2.2.2 试验目的19
- 2.2.3 被测对象与测试设备19-20
- 2.2.4 试验方案20-21
- 2.2.5 测试数据分析21-28
- 2.3 散热器综合性能分析与应用28-33
- 2.3.1 散热器性能数据分析28-30
- 2.3.2 散热器应用30-33
- 2.4 本章小结33-34
- 第3章 散热器风道设计方法与应用研究34-54
- 3.1 散热器风道型式对比评估34-40
- 3.1.1 概述34
- 3.1.2 弯曲风道性能分析34-36
- 3.1.3 扩张型风道性能分析36-40
- 3.2 散热器风道设计程序40-44
- 3.2.1 概述40-41
- 3.2.2 设计流程41
- 3.2.3 计算方法41-44
- 3.3 风道进口总压影响分析44-49
- 3.3.1 风道进口总压状况44-46
- 3.3.2 散热器冷却性能46-47
- 3.3.3 风道进口优化设计与验证结果47-49
- 3.4 风道出口背压影响分析49-53
- 3.4.1 风道背压测试方案与数据分析49-51
- 3.4.2 降出口背压优化设计与验证结果51-52
- 3.4.3 冷却性能验证试验52-53
- 3.5 本章小结53-54
- 第4章 发动机短舱外形对比分析与试验验证54-72
- 4.1 短舱外形对比分析54-67
- 4.1.1 几何模型54-55
- 4.1.2 数值模型55-59
- 4.1.3 计算方法59-60
- 4.1.4 边界条件影响60-63
- 4.1.5 短舱进口影响63-64
- 4.1.6 短舱后方收缩角度影响64-65
- 4.1.7 短舱优化设计方案65-67
- 4.2 短舱外形对比风洞试验验证67-71
- 4.2.1 试验目的67
- 4.2.2 被测对象67
- 4.2.3 测试设备67
- 4.2.4 测试方法与内容67-68
- 4.2.5 测试数据分析68-71
- 4.3 本章小结71-72
- 结论72-73
- 参考文献73-77
- 致谢77
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，本文编号：778258
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