节流比对推力曲线与约束分析的影响.pdf

中国航空学会推进系统气动热力学专业第十届学术交流会节流比对推力曲线与约束分析的影响昌中宏朱之丽(北京航空航天大学能源与动力工程学院,北京 100083) 摘要:本文研究了不同节流比对小涵道比涡扇发动机的推力变化率,约束分析的影响。结果表明节流比大的发动机在高马赫数时推力大,,解空间越大;在同样的任务剖面要求下飞机的推重比可以降低,机翼载荷可以增大,使得飞机性能提升。这些研究结果有助于进一步对高性能发动机进行更精确的约束分析与任务分析,为未来新一代高推重比、低耗油率发动机预研提供参考。关键词:节流比;推力曲线:约束分析;推重比;机翼载荷引言发动机的设计过程起始于需求并受需求约束,最终设计方案是许多合理方案融合的最优解。发动机的设计过程是一个综合多学科的复杂反复修改的过程。当代先进战机要求能完成,短距起降,超音速巡航等高难度任务。为了使战机能够很好地完成飞行任务,国际著名发动机公司,研究机构频繁地利用节流比对发动机的循环设计参数进行选择。因此研究节流比对新一代发动机设计的影响,为我国新一代发动机的预研有重要意义。本文主要研究了节流比对发动机安装推力变化率,约束分析的影响。经过研究发现,不同节流比下,发动机的安装推力曲线不同,节流比越大,在高马赫数下推力变化率越大(即发动机能发出更大的推力)、运用推力蓝线进行飞机约束分析得到的解空间增大。解空间增大可以降低飞机的推重比,增大机翼载荷。节流比已经成为军用发动机设计的重要参数。 2节流比对推力曲线的影响根据文献n1中节流比的定义,用符号豫表示: 丁豫=兰迎=皖6础(1) 由文献n1可知,在飞机的飞行包线中,006。如表示发动机的热工循环的压比和涡轮前温度同时达到最大值。在进行发动机约束分析时,发动机安装推力随马赫数、高度和加力燃烧室工作情况的变化用简单的代数方程来计算。中国航空学会推进系统气动热力学专业第十届学术交流会 低涵道比混排涡扇发动机推力曲线计算与分析: ·最大状态安装推力变化率计算公式如下: 当吼≤TR Q=6 a 当目。>TR Q=6 o{(O o—TR)/0 式中a为安装推力变化率,可以表示为: a=T/Ts【, (2) (3) (4) Oo——总温与标准大气压温度的无量纲E匕值 6。——总压与标准大气压的无量纲比值·军用状态安装推力变化率计算公式如下: 当吼≤TR d=0,6 6 o (5) 当酿>TR Q= 6o{1-(0o-TP,)/O (6) 根据以上计算公式,发动机工作高度分别取海平面,40kft;,, 进行计算后画出曲线图,如图1所示。 2 O aB o 6 O 4 2 O 2 O● Mach Nutuber啊O 囤1 小涵道比混合排气安装推力曲线圈从以上推力曲线图可知: (1)在海平面处低马赫数时,节流比对推力曲线的影响不大,不同节流比时的推力臼线甚至重合,高马赫数下节流比越大,推力变化率取值越大,推力曲线位置越高a (2)在海拔40kft处,马赫数小于1时,节流比发动机的推力曲线没有影响,高马赫数下节流比越大,推力变化率取值越大,推力曲线位置越高。(3)在相同的节流比下