航空發(fā)動機變比熱容熱力計算和系統(tǒng)級仿真研究.pdf

1、航空發(fā)動機是一種非常復雜的非線性系統(tǒng)。它由進氣道、壓氣機、燃燒室、渦輪、尾噴管等部件組成。涉及到流體力學、空氣動力學、材料力學、傳熱學、燃燒、控制、電機等學科。傳統(tǒng)設計中，先生產每一部件，然后組裝起來并進行測試，再設計……這樣一個反復迭代的過程耗費大量資金和寶貴時間。隨著計算機技術的發(fā)展，計算機仿真已成為航空發(fā)動機研究中的得力工具。利用它可以優(yōu)化設計，提高設計水平，減少試驗工作量和發(fā)動機的數量，降低成本和研發(fā)周期等。 本文利用

2、Modelica語言面向對象、非因果聯(lián)系和多領域等特點，結合模塊化建模仿真的思想，在已有的模塊庫的基礎上，進一步地，建立和完善仿真程序庫，同時，通過容積法，在Dymola平臺上進行系統(tǒng)級仿真。這樣可以避免傳統(tǒng)的迭代計算中，方程組線性化難以及高階計算不易收斂的困難。其中，對壓氣機和渦輪模塊的計算，采用基于典型特性圖的縮放方法進行計算，避開直接利用特性圖或特性方程進行仿真（前者試驗數據難獲得，后者是過于依賴樣機），對仿真計算結果的分析表明，

3、只要縮放系數不是很大，得到的結果是合理的，而且具有通用性。 此外，為了得到更精確的仿真計算結果，模塊數學模型還采用了變比熱容的熱力計算方法。航空發(fā)動機中，工質比熱容是溫度、壓力和組分（燃氣）的復雜函數，其中壓力對比熱容的影響很小。氣體經過燃燒室和燃油混合燃燒后，生成的燃氣由多種不同性質的物質組成，而且隨著余氣系數不同，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算帶來困難。為了計算方便，將系統(tǒng)的工質分為空

4、氣和純燃氣（由燃料與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，比如進氣道、壓氣機等，可把其工質看成燃氣為零的混合氣體（純空氣）。一般的比熱容是按照空氣和純燃氣的比熱容根據質量分數關系線性組合而成的。然后對每一模塊建立變比熱容的數學計算模型，同時以單軸渦輪噴氣式發(fā)動機為算例進行計算仿真，跟用軟件Gasturb和定比熱計算的結果相比較，證明變比熱的計算結果合理性和更接近物理實際以及有推廣應用的價值。