涡轴发动机全状态建模与部件性能评估方法研究

摘要

航空涡轴发动机是一个复杂的气动热力学系统，通过建立全状态数学模型对涡轴发动机全状态工作过程进行仿真，可大大减小发动机试验费用，缩短研制周期；通过建立部件性能评估模型，依据整机试验中有限的测量参数对各部件实际性能作出评估，可以为发动机总体及部件性能优化改进提供技术依据。
　　本文首先以某型高功重比先进涡轴发动机为研究对象，建立了详细的慢车以上部件级模型，在此基础上开展了发动机慢车以上稳态和动态仿真。随后，通过外推低转速部件特性、设计起动阶段供油规律、修正起动阶段燃烧效率等工作建立了起动阶段的部件级模型，实现了涡轴发动机在各种恶劣环境条件下的地面起动及空中起动过程的仿真。研究了开关磁阻电机这一新型电机的结构特点和工作原理，以及几种常见的控制方式和转速-扭矩特性。针对涡轴发动机起动这一特殊的应用场合，探索了开关磁阻电机在涡轴发动机起动过程中的应用可行性及技术方案，设计了恒扭矩与恒功率相结合的开关磁阻电机调速方案。针对某型涡轴发动机在地面整机试验中表现出的整机性能不达标的问题，建立了某型涡轴发动机的部件性能评估模型。此模型可以利用整机试验中有限的测量数据，对试验中的不可测量参数作出估计，对各部件的实际工作效率作出评估。在评估涡轮实际效率时，针对涡轮落压比这一关键参数未知的问题，提出了借助“残”的涡轴发动机部件级模型求解两个涡轮落压比的方法。最终，利用真实的整机试验数据，验证了所建立的部件性能评估模型的有效性。

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注释表

第一章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.3 本文主要研究内容及章节安排

第二章 涡轴发动机慢车以上模型

2.1 引言

2.2 涡轴发动机部件级数学模型

2.3 涡轴发动机整机性能参数

2.4 共同工作方程的建立和求解

2.5 模型仿真及结果分析

2.6 本章小结

第三章 涡轴发动机起动模型

3.1 引言

3.2 起动模型建立中的关键问题

3.3 开关磁阻电机（SRM）在涡轴发动机起动中的应用

3.4 起动模型仿真结果及分析

3.5 本章小结

第四章 涡轴发动机部件性能评估

4.1 引言

4.2 基于气动热力学的部件性能评估方法

4.3 评估模型的建立及评估结果分析

4.4 本章小结

第五章 总结与展望

5.1 本文主要工作

5.2 进一步研究方向

参考文献

致谢

在学期间的研究成果及发表的学术论文