31X涡喷发动机建模与性能分析研究

摘要

20世纪80年代以来，无人机逐渐成为战争武器的重要发展方向，随着无人机日益受到重视，其承担的任务种类也越来越多，从最初的侦察机、靶机、通讯联络机等辅助性作战任务到情报监视、空中侦察、充当诱饵、压制敌方防空系统、对地攻击等任务，实现侦察-打击-攻击一体化，无人机在将在未来战争中发挥巨大的作用。小型无人机因其尺寸较小、应用灵活等优势而得到更广泛的应用。本文以某型无人机研制为应用背景，开展31X涡喷发动机的建模、性能分析与改进设计研究，涡喷发动机建模与性能分析是飞行器/发动机一体化设计、控制系统仿真研究、发动机性能改进、故障诊断的基础。
　　本研究基于美国NASA1975年发布的计算航空发动机总体性能的DYNGEN计算程序，根据31X涡喷发动机的部件组成和工作特性，给出了变热力参数计算模型、31X涡喷发动机部件特性计算模型，包括进气道、压气机、燃烧室、涡轮和喷管，在此基础上建立31X涡喷发动机性能计算模型。针对31X涡喷发动机无压气机特性图的问题，采用“部件特性自适应模拟技术”，通过不同转速下31X涡喷发动机地面试验数据与性能计算数据比较，得到压气机特性计算修正系数，建立了用于31X涡喷发动机性能分析的压气机特性计算自适应模型。采用31X涡喷发动机性能计算模型和本文提出的压气机特性计算自适应模型，进行了某型无人机飞行包线内31X涡喷发动机高度特性、速度特性和节流特性分析，并与31X涡喷发动机地面试车和高空台试车的试验数据进行了比较，误差小于10％，验证了模型和计算方法的可信性和实用性。针对31X涡喷发动机在研制中发现的喘振裕度不足问题，开展了31X涡喷发动机喷管和涡轮导向器喉部面积对发动机性能影响规律的研究，进行了四种改进方案的对比，确定了调整喷管喉部面积的改进方案，进行了改进后发动机稳态特性分析，并与改进前发动机性能进行了对比分析与研究，改进工作有效提高了发动机喘振裕度。

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第一章 绪论

1.1 研究背景和意义

1.2 国内外研究现状

1.3 本文的主要工作

第二章 31X涡喷发动机性能计算模型

2.1 热力过程的变比热容计算

2.2 发动机部件特性计算模型

2.3 31X涡喷发动机性能计算模型

2.4 小结

第三章 压气机特性计算自适应模型

3.1 非线性部件特性自适应模型

3.2 加权函数FC和修正因子 iMF的选择

3.3 采用不同的压气机特性图进行特性计算的对比分析

3.4 部件特性自适应模型在发动机特性计算中的应用分析

3.5 小结

第四章 31X涡喷发动机稳态特性分析

4.1 发动机特性分析概述

4.2 发动机设计点性能计算

4.3 地面静止状态条件下发动机的节流特性计算

4.4 发动机高度、速度、节流特性计算

4.5 发动机数学模型误差分析

4.4 小结

第五章 31X涡喷发动机特性改进设计研究

5.1 发动机特性影响因素分析

5.2 发动机特性改进方案

5.3 改型后发动机的稳态特性

5.3 小结

结 束 语

致谢

参考文献

作者在学期间取得的学术成果