一种自适应循环发动机构型建模及其模式切换仿真

摘要

随着世界各国对发动机研究的深入,变循环发动机由于综合了中、高涵道比涡扇发动机在亚声速巡航状态下的低耗油率和小涵道比涡扇发动机在超声速飞行下的高单位推力的性能,其优势越来越明显,世界各国尤其是美国对变循环发动机的研究投入不断增加,进展迅速.其中,自适应循环发动机作为目前最新的变循环发动机结构型式,更是世界各国研究的重点.本文针对一种自适应循环发动机构型,提出了一种发动机总体性能参数的设计方法.通过分析其几何机构与流路,根据发动机性能指标要求及循环参数范围,建立了面向对象的自适应循环发动机设计点设计模型,确定了发动机设计点参数及可调机构的几何参数.针对自适应循环发动机多个模式切换工作的特点,研究了基于第三外涵模式选择活门开闭过程的动态仿真初猜值选取方法,实现了第三外涵开启过程中带Flade风扇叶尖压比初猜值的自动给定,并采用变比热法建立了自适应循环发动机整机数学模型.对发动机模型进行了稳态及模式切换的过渡态仿真,仿真结果表明,发动机模型在全包线范围内的稳态计算结果合理,动态仿真由三外涵模式切至单外涵模式后,发动机耗油率增加11.5％,发动机涵道比下降65.5％,整机流量下降23.2％,单位推力上升13.2％,模型可以在四种模式之间任意切换,具有较强的收敛能力.