航空發(fā)動機(jī)變比熱容熱力計(jì)算和系統(tǒng)級仿真研究.pdf

1、航空發(fā)動機(jī)是一種非常復(fù)雜的非線性系統(tǒng)。它由進(jìn)氣道、壓氣機(jī)、燃燒室、渦輪、尾噴管等部件組成。涉及到流體力學(xué)、空氣動力學(xué)、材料力學(xué)、傳熱學(xué)、燃燒、控制、電機(jī)等學(xué)科。傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中，先生產(chǎn)每一部件，然后組裝起來并進(jìn)行測試，再設(shè)計(jì)……這樣一個反復(fù)迭代的過程耗費(fèi)大量資金和寶貴時(shí)間。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)仿真已成為航空發(fā)動機(jī)研究中的得力工具。利用它可以優(yōu)化設(shè)計(jì)，提高設(shè)計(jì)水平，減少試驗(yàn)工作量和發(fā)動機(jī)的數(shù)量，降低成本和研發(fā)周期等。 本文利用

2、Modelica語言面向?qū)ο?、非因果?lián)系和多領(lǐng)域等特點(diǎn)，結(jié)合模塊化建模仿真的思想，在已有的模塊庫的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步地，建立和完善仿真程序庫，同時(shí)，通過容積法，在Dymola平臺上進(jìn)行系統(tǒng)級仿真。這樣可以避免傳統(tǒng)的迭代計(jì)算中，方程組線性化難以及高階計(jì)算不易收斂的困難。其中，對壓氣機(jī)和渦輪模塊的計(jì)算，采用基于典型特性圖的縮放方法進(jìn)行計(jì)算，避開直接利用特性圖或特性方程進(jìn)行仿真（前者試驗(yàn)數(shù)據(jù)難獲得，后者是過于依賴樣機(jī)），對仿真計(jì)算結(jié)果的分析表明，

3、只要縮放系數(shù)不是很大，得到的結(jié)果是合理的，而且具有通用性。 此外，為了得到更精確的仿真計(jì)算結(jié)果，模塊數(shù)學(xué)模型還采用了變比熱容的熱力計(jì)算方法。航空發(fā)動機(jī)中，工質(zhì)比熱容是溫度、壓力和組分（燃?xì)猓┑膹?fù)雜函數(shù)，其中壓力對比熱容的影響很小。氣體經(jīng)過燃燒室和燃油混合燃燒后，生成的燃?xì)庥啥喾N不同性質(zhì)的物質(zhì)組成，而且隨著余氣系數(shù)不同，其成分及比例不同，物性也不一樣，如果都考慮每種氣體的比熱容就會給計(jì)算帶來困難。為了計(jì)算方便，將系統(tǒng)的工質(zhì)分為空

4、氣和純?nèi)細(xì)猓ㄓ扇剂吓c理論空氣量完全燃燒而成的）的混合，分別考慮他們的比熱容。如果是燃燒室前的模塊，比如進(jìn)氣道、壓氣機(jī)等，可把其工質(zhì)看成燃?xì)鉃榱愕幕旌蠚怏w（純空氣）。一般的比熱容是按照空氣和純?nèi)細(xì)獾谋葻崛莞鶕?jù)質(zhì)量分?jǐn)?shù)關(guān)系線性組合而成的。然后對每一模塊建立變比熱容的數(shù)學(xué)計(jì)算模型，同時(shí)以單軸渦輪噴氣式發(fā)動機(jī)為算例進(jìn)行計(jì)算仿真，跟用軟件Gasturb和定比熱計(jì)算的結(jié)果相比較，證明變比熱的計(jì)算結(jié)果合理性和更接近物理實(shí)際以及有推廣應(yīng)用的價(jià)值。