航空发动机高海拔地区性能评估研究

摘要

直升机和运输机是我国边境地区进行各种运输任务的重要交通工具之一，它的整体性能直接关系着我们国家边境地区的安全和经济的持续稳定发展和繁荣。在这些地区，直升机和运输机的机动性能是其整体性能中最重要的部分。基于此背景对于航空发动机的高原机动性能进行系统的研究，本文主要探讨了航空发动机的高温零部件在工作时的热机耦合应力场，以保证高温零部件以及整机的可靠性和寿命，以及研究了大型客机和运输机使用的燃气轮机在高原地区出现的动力性经济性下降的问题。 针对直升机等小型飞机的往复活塞式内燃机的高温零部件在高原地区使用时容易出现温度过高，疲劳失效的问题，基于有限元思想建立了发动机工作过程和高温零部件的有限元计算模型；利用发动机工作过程模型为后续高温零部件的计算分析推导出了边界条件，对活塞、缸套、气缸垫、气缸盖、气门等发动机高温零部件的热机耦合应力场进行了分析，对活塞的寿命的进行了预测分析。 针对大型客机和运输机使用的燃气轮机在高原地区使用时容易出现的动力性经济性下降的问题，利用层次分析等目前公认的比较科学合理的评估方法进行研究。详细研究分析了高原地区对航空发动机机动性能的影响及原因，讨论并整理了高原机动性能评估的概念、理论和相关方法，系统阐述了机动性能评价的指标选择和体系构建过程，结合相关领域的专家进行的评判，对高原地区飞行器的机动性能进行了评价。 研究结果表明，活塞的顶面边缘，气缸套的顶部，气缸垫以及气缸盖的喉口等部位受到的应力比较大，容易出现疲劳失效，因此在使用以及后续的维修和研制过程中应该重点关注。评价结果表明高原地区与平原地区的隶属度有很大差异，这说明高原环境对航空发动机机动性能的影响比较大，因此使用和维修人员必须查找高原环境下航空发动机的缺点和不足，为改善高原环境的航空发动机提供方向。本文的研究为后续航空发动机机动性能的研究指明了方向并奠定了相关基础。

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