涡扇发动机喘振影响因素的仿真研究
发布时间：2022-01-09 10:09
喘振是航空发动机使用过程中时常遇到的一种特殊情况,对民航客机安全以及整个航空事业的发展产生巨大威胁。为了使发动机增压部件稳定工作而不发生喘振,通常要求增压部件工作点与喘振边界之间留有足够的“距离”,即保留足够的喘振裕度。根据发动机适航安全要求,需要发动机在全工作包线内都应有足够的喘振裕度,但喘振裕度过大又会导致发动机增压部件的增压能力降低。对于喘振裕度的设定,就需要全面考虑影响发动机喘振的各种因素,才能在高性能与喘振裕度之间达到最佳平衡。因此,本文以航空涡扇发动机为研究对象,开展了涡扇发动机喘振影响因素的仿真研究,主要的研究内容如下:（1）以PW4056发动机为建模对象,利用Matlab/Simulink仿真平台,以部件特性数据为基础,采用变比热计算方法,根据涡扇发动机的热力学原理,建立了该型号发动机各部件的热力学模型;然后,在部件模型的基础之上,根据部件之间的流量平衡和功率平衡关系建立了发动机稳态模型,利用牛顿-拉夫逊法进行稳态求解,分别将设计点处和非设计点处的仿真结果与实验数据进行对比,验证了所建稳态模型具有较好的仿真精度和收敛性;最后,根据容积动力学和转子动力学建立发动机动态模型...
【文章来源】：中国民航大学天津市
【文章页数】：98 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
发动机喘振参数变化曲线
中国民航大学硕士学位论文12第二章民用大涵道比涡扇发动机建模本章以PW4056发动机为建模对象，基于Matlab/Simulink仿真环境，以部件特性数据为基础，采用变比热计算方法，结合发动机热力学原理，建立了民用大涵道比涡扇发动机的部件级稳、动态模型。在求解稳态模型时，采用牛顿-拉夫逊迭代算法；在求解动态模型时，采用龙格库塔法和欧拉法。2.1部件级气动热力学模型PW4056发动机是由美国普拉特·惠特尼公司制造的高涵道比大推力涡扇发动机，该发动机采用双转子分开排气，主要装备于B767-300、B747-400和A310客机。主要部件包括进气道、低压压气机（风扇和增压级）、高压压气机、燃烧室、高压涡轮、低压涡轮、尾喷管以及内外涵道。结构图如图2-1所示：图2-1PW4056发动机结构简图下面介绍PW4056发动机主要部件的结构特点：风扇：单级轴流式，直径为2.463m，风扇内外涵出口截面参数相差较大，设计点涵道比为4.9，风扇入口设有导流叶片。增压级：四级轴流式，增压级压比约为1.5，风扇和增压级由低压涡轮带动，最大转速为4012r/min。
由于发动机的实际工作过程是多变量、非线性的，很难建立与其完全符合的数学模型，故需作一定的假设。本文建模假设如下[65-67]： （1）不考虑雷诺数、热惯性、燃烧延迟等对部件的影响； （2）发动机内部和各截面的气体参数按一维流动处理； 进行发动机建模时，所需的各部件特性数据，选用 GSP11 中双轴、分开排气大涵道比涡扇发动机通用特性数据，然后按照文献[68]的方法采用比例因子进行缩放，从而得到适用于该型发动机的部件特性。如图 2-2 至图 2-7。图 2-8 给出了发动机各部件站位。
【参考文献】：
期刊论文
[1]逼喘试验中的喘振及失速现象分析[J]. 田琳,张少莉,吴悠. 机械研究与应用. 2019(02)
[2]航空发动机失速喘振辅助判别方法研究[J]. 刘卓. 计量与测试技术. 2019(03)
[3]涡扇发动机消喘系统飞行试验验证方法研究[J]. 申世才,周超,高磊. 燃气涡轮试验与研究. 2019(01)
[4]面向适航的航空发动机非线性气动热力建模方法综述[J]. 张曙光,魏志远,夏双枝. 航空动力学报. 2018(12)
[5]涡扇发动机进气畸变计算研究[J]. 黄求原. 航空科学技术. 2018(12)
[6]涡轴发动机起动过程喘振信号LMD包络谱分析[J]. 边杰,王平,陈亚农,唐广,单晓明. 广西大学学报(自然科学版). 2018(03)
[7]非轴对称静叶对畸变条件下压气机流场影响的数值研究[J]. 赵梓岑,付云鹏,孙鹏,傅文广,钟兢军. 大连海事大学学报. 2018(02)
[8]基于熵的航空发动机压气机失速与喘振仿真[J]. 皮骏,邱永超,胡智伟,武威. 系统仿真学报. 2018(02)
[9]基于压力信号分析的轴流式压气机失速预测[J]. 张海波,徐植桂. 南京航空航天大学学报. 2017(05)
[10]基于级间放气的发动机防喘控制[J]. 陈志雄. 航空科学技术. 2017(10)
博士论文
[1]非轴对称静叶对畸变条件下压气机流场影响研究[D]. 傅文广.大连海事大学 2019
[2]基于确定学习理论的低速轴流压气机旋转失速检测—仿真与试验研究[D]. 司文杰.华南理工大学 2015
[3]畸变条件下端区流动对压气机稳定性影响的机理研究[D]. 高海洋.大连海事大学 2014
[4]航空发动机高稳定性控制及其在加速控制中的应用[D]. 黄伟.南京航空航天大学 2013
硕士论文
[1]航空发动机非线性建模及控制研究[D]. 郑里鹫.中国民航大学 2019
[2]压气机流量控制系统对航空发动机整机性能的安全性影响[D]. 赵福佳.中国民航大学 2018
[3]民航发动机VSV调节规律及喘振故障诊断研究[D]. 阚玉祥.中国民航大学 2018
[4]畸变条件下非轴对称静叶对压气机性能影响的研究[D]. 赵梓岑.大连海事大学 2018
[5]航空发动机VBV调节规律及防喘监控研究[D]. 王新.中国民航大学 2017
[6]涡扇发动机失速模型的建立与稳定性主动控制研究[D]. 顾书文.南京航空航天大学 2017
[7]小型涡扇发动机燃油控制规律研究[D]. 张凌霄.中国民航大学 2016
[8]航空发动机旋转失速和喘振故障的机理建模及对转子系统振动的影响分析[D]. 范伟.华中科技大学 2016
[9]航空发动机控制系统传感器故障诊断与信号重构研究[D]. 魏志远.中国民航大学 2016
[10]大涵道比涡扇发动机气动稳定性评定方法和软件研究[D]. 蒋聪.南京航空航天大学 2016
本文编号：3578506
【文章来源】：中国民航大学天津市
【文章页数】：98 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
发动机喘振参数变化曲线
中国民航大学硕士学位论文12第二章民用大涵道比涡扇发动机建模本章以PW4056发动机为建模对象，基于Matlab/Simulink仿真环境，以部件特性数据为基础，采用变比热计算方法，结合发动机热力学原理，建立了民用大涵道比涡扇发动机的部件级稳、动态模型。在求解稳态模型时，采用牛顿-拉夫逊迭代算法；在求解动态模型时，采用龙格库塔法和欧拉法。2.1部件级气动热力学模型PW4056发动机是由美国普拉特·惠特尼公司制造的高涵道比大推力涡扇发动机，该发动机采用双转子分开排气，主要装备于B767-300、B747-400和A310客机。主要部件包括进气道、低压压气机（风扇和增压级）、高压压气机、燃烧室、高压涡轮、低压涡轮、尾喷管以及内外涵道。结构图如图2-1所示：图2-1PW4056发动机结构简图下面介绍PW4056发动机主要部件的结构特点：风扇：单级轴流式，直径为2.463m，风扇内外涵出口截面参数相差较大，设计点涵道比为4.9，风扇入口设有导流叶片。增压级：四级轴流式，增压级压比约为1.5，风扇和增压级由低压涡轮带动，最大转速为4012r/min。
由于发动机的实际工作过程是多变量、非线性的，很难建立与其完全符合的数学模型，故需作一定的假设。本文建模假设如下[65-67]： （1）不考虑雷诺数、热惯性、燃烧延迟等对部件的影响； （2）发动机内部和各截面的气体参数按一维流动处理； 进行发动机建模时，所需的各部件特性数据，选用 GSP11 中双轴、分开排气大涵道比涡扇发动机通用特性数据，然后按照文献[68]的方法采用比例因子进行缩放，从而得到适用于该型发动机的部件特性。如图 2-2 至图 2-7。图 2-8 给出了发动机各部件站位。
【参考文献】：
期刊论文
[1]逼喘试验中的喘振及失速现象分析[J]. 田琳,张少莉,吴悠. 机械研究与应用. 2019(02)
[2]航空发动机失速喘振辅助判别方法研究[J]. 刘卓. 计量与测试技术. 2019(03)
[3]涡扇发动机消喘系统飞行试验验证方法研究[J]. 申世才,周超,高磊. 燃气涡轮试验与研究. 2019(01)
[4]面向适航的航空发动机非线性气动热力建模方法综述[J]. 张曙光,魏志远,夏双枝. 航空动力学报. 2018(12)
[5]涡扇发动机进气畸变计算研究[J]. 黄求原. 航空科学技术. 2018(12)
[6]涡轴发动机起动过程喘振信号LMD包络谱分析[J]. 边杰,王平,陈亚农,唐广,单晓明. 广西大学学报(自然科学版). 2018(03)
[7]非轴对称静叶对畸变条件下压气机流场影响的数值研究[J]. 赵梓岑,付云鹏,孙鹏,傅文广,钟兢军. 大连海事大学学报. 2018(02)
[8]基于熵的航空发动机压气机失速与喘振仿真[J]. 皮骏,邱永超,胡智伟,武威. 系统仿真学报. 2018(02)
[9]基于压力信号分析的轴流式压气机失速预测[J]. 张海波,徐植桂. 南京航空航天大学学报. 2017(05)
[10]基于级间放气的发动机防喘控制[J]. 陈志雄. 航空科学技术. 2017(10)
博士论文
[1]非轴对称静叶对畸变条件下压气机流场影响研究[D]. 傅文广.大连海事大学 2019
[2]基于确定学习理论的低速轴流压气机旋转失速检测—仿真与试验研究[D]. 司文杰.华南理工大学 2015
[3]畸变条件下端区流动对压气机稳定性影响的机理研究[D]. 高海洋.大连海事大学 2014
[4]航空发动机高稳定性控制及其在加速控制中的应用[D]. 黄伟.南京航空航天大学 2013
硕士论文
[1]航空发动机非线性建模及控制研究[D]. 郑里鹫.中国民航大学 2019
[2]压气机流量控制系统对航空发动机整机性能的安全性影响[D]. 赵福佳.中国民航大学 2018
[3]民航发动机VSV调节规律及喘振故障诊断研究[D]. 阚玉祥.中国民航大学 2018
[4]畸变条件下非轴对称静叶对压气机性能影响的研究[D]. 赵梓岑.大连海事大学 2018
[5]航空发动机VBV调节规律及防喘监控研究[D]. 王新.中国民航大学 2017
[6]涡扇发动机失速模型的建立与稳定性主动控制研究[D]. 顾书文.南京航空航天大学 2017
[7]小型涡扇发动机燃油控制规律研究[D]. 张凌霄.中国民航大学 2016
[8]航空发动机旋转失速和喘振故障的机理建模及对转子系统振动的影响分析[D]. 范伟.华中科技大学 2016
[9]航空发动机控制系统传感器故障诊断与信号重构研究[D]. 魏志远.中国民航大学 2016
[10]大涵道比涡扇发动机气动稳定性评定方法和软件研究[D]. 蒋聪.南京航空航天大学 2016
本文编号：3578506
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