涡轮基组合循环发动机一体化性能数值模拟

摘要

本文的工作是根据国家863计划关于发展天地往返运输系统的要求，立足于国内现有的计算条件，从一体化角度出发，对空天飞机/吸气式推进系统性能进行系统的研究。 本文分析了吸气式组合发动机的布局方式，对涡扇发动机和冲压发动机的主要设计参数的选择方法进行了说明。为了数值模拟空天飞机/吸气式推进系统一体化性能，采用了模块化合成程序。根据选定的发动机设计参数，计算了沿飞行轨迹的涡扇和冲压发动机的性能。 空天飞机的推进系统中，涡扇和冲压发动机燃烧室、喷管内的温度较高，应该考虑化学平衡效应对发动机性能的影响，因此本文发展了一种快速、稳定的计算化学平衡影响的程序，克服了采用牛顿－莱普森法求解非线性方程组既耗时又存在稳定性方面的缺点。在此基础上，发展了计算有关燃烧、膨胀等热力过程混合气体性质的子程序，与计算发动机循环性能的主程序结合，完整地分析了空天飞机推进系统中的化学平衡效应。 对于高度一体化的飞行器，飞行器的性能与进气道和喷管的内部特性、外部特性有着直接的联系，在一体化设计过程中，确定进气道、喷管的特性是非常重要的。由于目前在微机上采用CFD方法模拟飞行器机体－进气道－发动机－喷管一体化是不现实的，因此本文用工程计算的方法完成了进气道和喷管外部特性的计算。这种方法虽然不能揭示流动的本质，但是可以方便地进行飞行器/推进系统一体化的数值模拟，在飞行器设计的初级阶段是卓有成效的。 由于空天飞机/吸气式推进系统的高度一体化特性，造成了计算时气动和推进界面的划分常常模糊不清。正是由于气动－推进界面定义的模糊，在力的合成过。程中，有时出现阻力被遗漏或重复计算，其结果是飞行性能估算不准。因此本文也详细说明了气动－推进界面的划分和力的合成方法，并根据这种方法，计算了推进系统安装性能。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

§1.1国内、外技术发展状态和趋势

§1.2研究目的及意义

§1.3研究的主要内容及组织结构

第二章TBCC发动机性能模拟

§2.1吸气式组合发动机动力方案

§2.2 TBCC发动机总体性能计算流程

§2.3 TBCC参数的确定和循环分析

§2.3.1发动机设计参数的确定准则

§2.3.2 TBCC发动机中涡轮发动机性能计算方法

§2.3.3 TBCC发动机中冲压发动机性能计算方法

§2.4结论

第三章 高温条件化学平衡效应的影响

§3.1涡扇发动机中化学平衡效应的分析

§3.1.1化学反应和平衡常数

§3.1.2燃烧室化学平衡反应

§3.1.3喷管膨胀过程化学平衡反应

§3.1.4发动机性能计算

§3.2冲压发动机中化学平衡效应的分析

§3.2.1化学反应和平衡常数

§3.2.2发动机性能计算

§3.3结论

第四章 一体化性能计算中进气道/喷管附加阻力计算方法

§4.1对进气道和喷管设计的基本要求和结构形式

§4.2进气道设计尺寸的确定

§4.3进气道溢流阻力

§4.4进气道附面层抽吸阻力

§4.5进气道旁路系统阻力

§4.6进气道辅助进气系统

§4.7进气道-发动机流量匹配

§4.8高速飞行器喷管后体阻力

§4.9结论

第五章 一体化性能计算中气动/推进界面的划分及力的合成

§5.1一体化性能研究中气动/推进界面的划分

§5.2一体化性能力的合成

§5.3结论

第六章 总结与展望

参考文献

致谢

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