进气预冷富燃预燃混排涡扇发动机热力循环

为满足高超声速飞行器对高比冲和大推力发动机的需要,提出了一种可重复使用的进气预冷富燃预燃混合排气涡扇发动机(Pre-cooled and Fuel-rich Pre-burned Mixed-flow Turbofan,PFPMT)热力循环。PFPMT发动机的特点是增大内涵空气进气预冷程度,内涵压气机为富燃燃气发生器提供空气作为氧化剂,内涵空气与预冷器出口燃料混合燃烧产生富燃燃气,驱动涡轮、带动内涵压气机与风扇增压,风扇外涵空气与涡轮出口排气在主燃烧室中掺混燃烧,产生高温燃气由喷管产生推力。对发动机热力循环进行了参数化分析,发动机比冲随着压气机压比的增大而增加,尤其是随着风扇压比增加的更为明显;单位推力主要随风扇压比增加而增加,受内涵压比影响较小。发动机地面的比冲与单位推力分别可以达到4500 s与900 N·s/kg以上;在Ma=5.0飞行条件下,发动机比冲与单位推力在3500 s与1100 N·s/kg以上。     

换热器预冷的空气涡轮火箭性能分析研究

为了准确地分析以不同燃料为冷质的换热器预冷空气涡轮火箭发动机的性能,本文建立了可考虑工质组分化学平衡与工质热物性随温度和压力变化的热力循环模型。利用该模型分析了以LH2、LCH4和煤油为燃料的发动机循环性能,研究了预热温度、燃气发生器和主燃室出口温度对循环性能的影响。结果表明,换热器预冷能够降低压气机进口温度,减小相同增压比下的压缩功,提高燃料温度,减小推进剂流量,从而减小燃空比,增加比冲;燃料预热温度的提高可减小燃气发生器氧燃比,进而减小燃空比、增大比冲;较低的燃气发生器和主燃烧室出口温度可降低燃空比,提高比冲,但会造成单位推力的下降。同时,研究结果还表明,与LCH4和煤油相比,LH2的比热容与热值的比值最大,采用LH2预冷的发动机的飞行速度和比冲的增幅也最大,说明比热容与热值的比值越大,相应的预冷效果越好,即可依据燃料比热容与热值的比值定性衡量发动机的预冷效果。     

用于高超音速推进的反循环发动机热力性能分析

符号表fIkg空气对应的燃料流量ISP燃料比冲Ti后燃烧室出口温度马比推力，燃料空气当量比WT涡轮输出功MT飞行马赫数＄前登燃烧室出口温度。T涡轮膨胀比H飞行高度T4＊热交换器出口温度7TC压气机压比1引言八十年代以来，美、俄、德、法、英、日等主要空间大国均提出了各自的高超音速计划，如NASP、Sanger、HOTOL、STAR等。各国的方案在Ma＞6．5均采用火箭发动机或超燃冲压发动机，对于Ma＜6．5采用何种方案则分歧较大，有涡轮一冲压组合发动机方案、ATR方案、LACE方案等。本文对反循环发动机（InverseCgcleEngine）方案作了进…     

双转子涡喷发动机气动性能优化控制研究

航空发动机的控制规律作用巨大,它决定了发动机能否获得设定的稳态工作下性能指标,同时保证工作过程中的压气机和涡轮的气动稳定性。双转子涡喷发动机气动性能优化控制的目的就是有效地挖掘发动机的使用潜力。研究方法采用部件特性法对发动机进行稳态建模,并针对某双转子涡喷发动机的稳态模型进行三种不同稳态控制规律下的仿真,得到发动机性能参数的不同变化趋势,并对其进行了详细的分析。结果表明：保持低压转子转速不变的情况下,随着压气机进口总温的增加,高压转子转速上升,涡轮前温度升高,发动机推力增加;保持涡轮前温度不变的情况下,随着压气机进口总温的升高,低压压气机气动负荷变重,低压转子转速降低;高压转子转速也下降,但是下降幅度很小;燃油流量增加;保持高压转子转速不变的情况下,随着压气机进口总温的升高,燃油流量有一定的增加,低压转子转速有所降低;推力受多重因素的影响,推力值变化趋势较为复杂。     

预冷吸气式发动机热力循环分析

从预冷吸气式发动机热力循环的角度,分析了燃料性能及工质物性对发动机总体性能的影响,以及发动机循环过程参数的优选问题;为确定预冷吸气式发动机性能参数随循环运行参数的变化规律,以预冷涡喷发动机为对象,对发动机比冲及比推力同循环压比及预冷深度等参数之间的函数关系进行了讨论,并分析了压气机效率对发动机性能参数及最佳压比、最佳预冷深度的影响;本文的工作对认识预冷发动机性能及发动机具体循环的实现方式具有一定的指导作用。     

高负荷对转风扇进口导叶可调对低折合转速通流及效率特性影响研究

为提高高负荷对转风扇低折合转速通流能力和效率,分析了对转风扇低折合转速工况流动堵塞和流动损失的原因,提出了采用进口导叶可调改善高负荷对转风扇低折合转速性能的方法.在Ma=3.2、高度15 km飞行条件对应的低折合转速时,高压转子堵塞通道导致对转风扇通流能力和等熵效率下降,最高效率点处通流能力下降42.95％、等熵效率下...     

静叶内围带对轴流式压气机气动性能的影响及4500马力机车燃气轮机的热力性能

在4500马力机车燃气轮机的调试中发现静叶内围带对压气机性能、尤其是喘振边界有全面的严重影响.本文对其机理作了初步估计,并提出“围带处理”的设想.另外,还简要介绍了此机组的热力性能试验结果,包括机组的出力、效率、流量和压比随转速与温比的变化情况以及压气机与透平的特性.     

叶片尾缘掠型对离心压气机特性影响研究

针对叶片尾缘掠型对离心压气机特性影响开展了数值仿真与试验验证的研究工作,详细分析了尾缘掠型对压气机特性的影响规律和压气机叶轮内部流动特征,研究结果表明:尾缘掠型能够提升压气机出口的总压,使离心压气机压比变高,自由掠叶型相比于斜掠叶型,压比会进一步提升。叶片尾缘掠型能够有效抑制尾缘流动分离与叶间泄漏效应的结合效果,降低流动分离强度和分离区域,提升叶轮的稳定工作范围与效率。试验验证结果表明采用自由掠型尾缘叶轮,压比随着转速的升高提升幅度变大,最多提升了9.14%,喘振线明显向左偏移,运行流量范围拓宽。尾缘掠型能够有效提升压气机压比和稳定工作范围,是改善压气机特性的有效手段。     

短周期涡轮试验数据不确定度分析

为了评估短周期涡轮性能试验测量精度以及非稳态效应对其的影响,本文结合适当的扩展不确定度模型对涡轮效率及进口折合质量流量的测量不确定度进行了计算及分析。研究结果表明:短周期涡轮试验台特有的非稳态效应对效率测量不确定度的影响小于1.12%;涡轮进口马赫数对测量不确定度影响最大,流量测量不确定度与涡轮进口马赫数平方近似呈反比例关系,效率测量不确定度亦随其减小而迅速增大。研究发现对于涡轮进口马赫数小于0.158的工况,效率测量不确定度将不符合HB 7081-1994要求。针对此类工况,出于提高流量及效率测量精度的目的,研究了利用差压传感器测量涡轮进口动压进而计算流量的方法,结果表明该方法的效率及流量测量不确定度比使用总、静压传感器测量流量这种方法可分别减小58%及73%以上,且其均不随马赫数减小而增大。进一步的分析表明,对于马赫数小于0.158的工况,应采用该方案进行流量测量。     

用于IGCC的燃气轮机技术方案与性能预测

主要符号表T温度G质量流量。压气机压比。压气机进口导叶安装角N功率X。压损系数X。。氮气回注系数X。;,空分整体化系数下标a空气cg煤气0烧天然气时设计工况。氮气as空分装置f燃料O。氧气1Bu8整体煤气化联合循环（IGCC）燃气轮机与常规的燃机有很大的差异［“l。它改烧中低热值的合成煤气,其燃料量比烧高热值的油气时要增大几倍;不同空分方案和采用不同的NZ回注掺混量时,情况就更为复杂。透平工质流量比压气机空气流量相差很多,燃气轮机总是处于复杂的变工况状态。2IGCC中燃气轮机技术方案归纳IGCC中燃气轮机可行的技术方案…     

燃气轮机燃用中低热值燃料性能优化方案研究

中低热值燃料燃气轮机对于我国建立清洁高效的能源体系具有重要作用。本文针对某型燃气轮机燃用天然气和中低热值燃料的性能进行模拟研究。单一调节方案结果表明:采用提高压比、关小压气机进口导叶、增加透平通流面积三种方案时性能较好,而降低燃烧室出口温度和压气机出口抽气方案性能较差。对多种复合方案进行比较,发现适当增大透平通流面积、关小进口导叶并允许适当提高压比、降低燃烧室出口温度的四方案联合调节,使燃气轮机性能总体较优。     

B_1型机低压压气机畸变试验与分析

本文为B_1型机低压压气机进口流场畸变试验的阶段小结. 试验中,在不同进口流场畸变度下,录取了两种具有不同展弦比叶片的压气机的等转速特性线和喘振边界,并测定了各自的抗畸变的临界扰流角及对气流畸变的衰减能力.文中对试验结果进行了探讨和分析.由试验结果表明,不同展弦比叶片的压气机对进口流场畸变的响应特性是不相同的.与大展弦比的比较,小展弦比叶片的压气机有较好的抗畸变能力,具有较大的防喘裕度,能提高发动机的泼辣性,更能适应和满足飞机的机动飞行.     

180°进气弯管安装角度对离心压气机的性能影响

针对车用涡轮增压器压气机进口广泛采用弯管的现实,有必要评估弯管导流进气对离心压气机性能的影响,为发动机进气管道的优化提供参考。本文对离心压气机进口接入直管和多种不同安装角度的180°弯管展开实验和数值研究。研究结果表明:弯管进气使压气机性能下降,其性能下降程度与弯管的周向安装位置有关,而且这种影响随流量增加而增大;叶轮进口的流场结构受进气管道导流、叶轮势流和下游蜗壳周向不对称性共同作用,其对应的总压畸变形态改变了叶轮进气条件,导致压气机性能不同程度下降。     

叶顶间隙对离心压气机性能和流动影响的实验研究

本文通过实验研究了叶顶间隙大小对离心压气机总体性能及流场的影响,并利用非接触式光纤位移传感器对压气机工作时叶轮的叶顶间隙进行了测量。结果表明,压气机运行过程中叶顶间隙变小,而且叶顶间隙随时间波动.叶顶间隙增大将降低压气机的压比和效率,并且随转速升高,这一效果更明显。同时,流场分析发现,随流量减小,泄漏流的影响区域逐渐向上游移动,叶顶间隙增大使泄漏流的影响区域增大且静压损失增加。     

盖板式预旋系统温降特性的实验研究

预旋供气系统是为发动机涡轮转子叶片提供合适压力、温度和流量冷却气流的部件系统,因其具有显著降低冷气相对总温的巨大潜力而受到关注。本文在系统压比1.10～1.50、涡轮盘转速3000～9720 r/min参数范围内,通过在转盘上测量气流相对总温来获得预旋系统的温降特性,并通过一系列温度校准实验来确保转盘气流温度测量的准确性。分析了转速,压比和喷嘴出口旋转比对系统温降特性的影响。研究结果表明:随着转速的升高,预旋系统温降先小幅增大,之后迅速减小,最大可达7.6 K;随着压比的增大,系统温降增大;系统无量纲温降随喷嘴出口旋转比近似呈线性变化。     

环形压气机叶栅内部分离流结构分析 第一部分:近壁区分离流

1前言随着对叶轮机械研究的深入,叶轮机械内部的真实复杂流动已成为重要的研究课题。认识扩压叶栅内的流动分离和旋涡的发生、发展及相互作用,对于揭示压气机内部流动机制,改善流动结构,提高其喘振裕度,以及发展喘振控制技术都具有重要意义山。尽管人们已进行了许多研究,但尚未完整充分地认识这一复杂现象的物理现象和物理模型。对处在严重流动分离状态下的环形叶栅内部流动的研究就更为少见。本文应用油膜法显示了从约零度到二十几度多个来流攻角下,一大展弦比叶片低稠度环形压气机叶棚的表面流场。进口气流马赫数约为0．1。叶片进…     

周向总温畸变下跨音压气机转子运行工况分析

进气总温畸变严重影响压气机稳定性,过去的研究往往把压气机整体作为研究对象,很少关注转子叶片在周期性转入转出畸变区时性能变化情况。本文以单级跨音压气机为研究对象,首先通过单通道定常计算开展均匀来流下的数值模拟,与试验数据对比验证了计算的准确性。然后开展了进口周向范围180?,高温500 K的全环非定常模拟获得整条特性线,并分析了相比均匀来流条件下最高效率点的等熵效率增大的原因。最后详细介绍轨道法并利用该方法得到了最高效率点转子叶片在不同周向位置的压比–折合流量特性,发现总温畸变条件下,不同周向位置对转子载荷的影响基本等同于改变其折合转速,并分析得出最有可能先发生失速的周向位置是由低总温区转入高总温区时。     

动叶具有缩放型流道的涡轮级效率特性分析

针对一动叶采用缩放式叶型设计、以无导叶对转涡轮为应用背景的涡轮级,通过数值模拟进行研究发现,在设计换算转速下,该涡轮级效率特性呈现"双峰僧'的特点。随着落压比增大,首先动叶进气攻角由负变为零,效率升高并达到极大值;其后,动叶流道内形成正激波,其自身产生波阻并在吸力面引起边界层分离,效率下降;随后,该激波向下游移至叶片尾缘,尾迹损失明显增加,加上波阻、边界层分离的综合作用,效率达到极小值;然后,该激波演变为尾缘斜激波,自身波阻减小,而且它在吸力面引起的边界层分离消失,流道内总体损失下降,效率又会上升并在设计点附近达到极大值;其后,该激波波前马赫数不断增大,波阻损失随之增加,同时尾迹损失也持续增加,效率又会下降。结果显示,高负荷跨音工况下激波与边界层干扰引起的边界层分离损失以及动叶高出口马赫数时尾缘区域的损失(包括波阻损失和尾迹损失)占总体损失的至少1/2以上,在设计优化过程中应重点关注与之相关的动叶吸力面扩张段和叶片尾缘区域。     

高压比旋转冲压叶轮研究

在喷气发动机的发展过程中,通过增大压气机的级负荷来减少压气机的级数,提高整个发动机的推重比(功重比)是一个重要的发展方向,而提高动叶周向速度是提高压气机级压比的重要发展途径.随着高负荷压气机的叶尖来流相对马赫数的进一步提高,利用复杂激波波系来实现增压效应的超音速压气机成为高性能压气机的研究趋势.本文在对比分析超音进气道、Rampressor和传统超音速压气机的基础上,将超音进气道的设计原理引入冲压叶栅的设计当中,提出了将冲压面布置于S1流面的旋转冲压压气机转子方案,并创造性地提出了内压式冲压叶栅的概念及相应的设计方法.采用此类冲压转子的压气机,具有大流量、高负荷、高效率的特点.数值模拟的结果表明,当叶尖速度达450m/s时,冲压叶轮的静压升可以超过4.5,总压升可达2.9,叶轮的效率则为83%左右.     

DMM燃料柴油机可控预混合燃烧的研究

本文介绍了在压燃式发动机上进行的预混合燃烧研究。在柴油机的进气道入口处安装了一个电控燃料喷射系统,喷入具有低十六烷值、低沸点的甲缩醛(DMM)燃料,在压缩冲程中形成均匀的混合气,并在上止点附近喷入少量柴油来点燃混合气。本文研究了预混合燃料比、发动机负荷、进气中CO2浓度和喷孔直径对发动机燃烧和排放的影响。试验结果表明,进气道喷射DMM的预混合燃烧能同时大幅降低NOx和碳烟排放,为降低柴油机有害排放提供了一种新途径。