双压缩机制作用下空气涡轮冲压发动机非线性行为分析

发布时间：2017-09-28 09:12

  本文关键词：双压缩机制作用下空气涡轮冲压发动机非线性行为分析

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【摘要】：空气涡轮冲压发动机(ATR)是一种组合推进系统。以其良好的性能和应用潜力,成为国外研究的热点。不同于冲压发动机,空气来流经过进气道的激波压缩后,还会经过压气机进一步压缩。驱动涡轮的工质是燃气发生器产生的富燃燃气或在换热器中吸热后的燃料。进气道不起动和模态转换一直是冲压发动机研究的重要内容。由于ATR发动机转子系统的引入,使得燃烧室—进气道的相互作用以及发动机工作模态的转换方式发生改变。为此,本文建立数学模型,对多压缩机制耦合作用下ATR发动机的非线性行为进行分析。首先,构建ATR发动机非设计点稳态数学模型。所设计的发动机不采用任何控制手段,给定飞行条件和燃料流量作为自变量,利用尾喷管阻塞机制、涡轮—压气机匹配模型等,确定此时发动机内部参数和压缩系统的工作状态。利用调试好的稳态模型,计算一定工况下发动机压缩系统的工作状态随燃料流量的变化情况。得到进气道工作模态转换方式的一般性结论。对不同工况下发动机的工作状态进行仿真,分析飞行条件和尾喷管喉道面积对发动机工作特性的影响。并得到低空高马赫数条件下,压气机工作不明显,发动机的特殊非线性现象。最后,立足于发动机的实际工作过程,以发动机设计点飞行条件所在的等动压线作为飞行轨迹。对发动机沿等动压线飞行时的工作特性进行仿真分析。得到在燃料流量供给范围内,进气道的工作模态转换和整个过程中压缩系统工作状态的变化情况。对不同的进气道工作模态转换方式进行分类,不同的飞行区域对应了不同的模态转换方式。这为ATR发动机控制系统的引入和提高工作稳定性提供了理论基础。
【关键词】：阻塞机制 激波 压缩系统 非线性行为 模态转换
【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】：V235.21
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第1章 绪论8-16
• 1.1 课题的背景与来源8-9
• 1.2 研究的目的和意义9-10
• 1.3 国内外在相关领域的研究现状与展望10-14
• 1.3.1 国外研究现状10-12
• 1.3.2 国内研究现状12-13
• 1.3.3 国内外文献综述简析与展望13-14
• 1.4 本文主要研究工作14-16
• 第2章 空气涡轮冲压发动机零维数学模型16-30
• 2.1 预冷式ATR发动机工作过程分析16-17
• 2.2 建模思路17-18
• 2.3 稳态模型构建18-27
• 2.3.1 来流条件确定18-19
• 2.3.2 尾喷管建模19-20
• 2.3.3 燃烧室建模20-21
• 2.3.4 涡轮—压气机匹配建模21-25
• 2.3.5 预冷器建模25-26
• 2.3.6 进气道建模26-27
• 2.4 数学模型仿真方法27-29
• 2.5 小结29-30
• 第3章 不同条件下ATR发动机性能仿真与分析30-51
• 3.1 前言30
• 3.2 设计条件下发动机的工作状态30-36
• 3.2.1 进气道起动时工作状态变化30-33
• 3.2.2 进气道不起动时工作状态变化33-36
• 3.3 工况条件对发动机工作状态的影响36-46
• 3.3.1 尾喷管喉道面积对发动机的影响36-41
• 3.3.2 飞行马赫数对发动机的影响41-46
• 3.4 低空高马赫数时的特殊非线性现象46-50
• 3.4.1 低空高马赫数时的工作特性46-49
• 3.4.2 减少涡轮工质在燃烧室吸热49-50
• 3.5 小结50-51
• 第4章 模态转换过程及分类51-69
• 4.1 前言51
• 4.2 设计飞行条件下的模态转换过程仿真51-55
• 4.3 沿等动压线工作时的模态转换及分类55-68
• 4.3.1 低马赫数不起动模式55-57
• 4.3.2 RU模式57-61
• 4.3.3 RUR模式61-65
• 4.3.4 高马赫数UR模式65-68
• 4.4 小结68-69
• 结论69-71
• 参考文献71-77
• 致谢77

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