《小型渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪氣動(dòng)性能虛擬試驗(yàn)系統(tǒng)及試驗(yàn)方法》實(shí)施例的小型渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪氣動(dòng)性能虛擬試驗(yàn)系統(tǒng)通過搭建網(wǎng)絡(luò)化的虛擬平臺(tái)實(shí)現(xiàn),以對(duì)小型渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪部件的氣動(dòng)性能進(jìn)行虛擬試驗(yàn),從而短渦輪試驗(yàn)周期,降低試驗(yàn)風(fēng)險(xiǎn)和實(shí)際試驗(yàn)的費(fèi)用。如圖1所示,為該發(fā)明實(shí)施例的小型渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪氣動(dòng)性能虛擬試驗(yàn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。該小型渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪氣動(dòng)性能虛擬試驗(yàn)系統(tǒng)包括三維造型模塊100、流體動(dòng)力學(xué)建模模塊200、組裝模塊300、三維計(jì)算模塊400、后處理模塊500、試驗(yàn)報(bào)告及評(píng)估報(bào)告生成模塊600、數(shù)據(jù)庫管理模塊700、用戶管理模塊800。
其中,三維造型模塊100主要采用具有參數(shù)化建模功能的UG模塊(Unigraphics NX)進(jìn)行試驗(yàn)器渦殼三維模型和試驗(yàn)件三維模型的建立。在《小型渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪氣動(dòng)性能虛擬試驗(yàn)系統(tǒng)及試驗(yàn)方法》的實(shí)施例之中,參數(shù)化建模即對(duì)渦殼、試驗(yàn)件的幾何結(jié)構(gòu)運(yùn)用幾個(gè)結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行描述,如長度、寬度、厚度或直徑、半徑等。當(dāng)該渦殼、試驗(yàn)件的結(jié)構(gòu)大小發(fā)生變化時(shí),只需修改描述該渦殼、試驗(yàn)件的參數(shù)值而不需要修改模型本身。
其中,流體動(dòng)力學(xué)建模模塊200根據(jù)三維造型模塊100生成的渦殼三維模型和試驗(yàn)件三維模型采用CFD軟件(IcemCFD和Turbo Grid軟件)進(jìn)行流體動(dòng)力學(xué)模型的建立,以生成渦殼流體動(dòng)力學(xué)模型和試驗(yàn)件流體動(dòng)力學(xué)模型。
其中,組裝模塊300用于對(duì)流體動(dòng)力學(xué)建模模塊200生成的渦殼流體動(dòng)力學(xué)模型和試驗(yàn)件流體動(dòng)力學(xué)模型進(jìn)行組裝,生成可用于氣動(dòng)性能試驗(yàn)的計(jì)算模型。具體地,將可用于氣動(dòng)性能試驗(yàn)的渦殼計(jì)算模型與試驗(yàn)件計(jì)算模型按照其實(shí)際的物理狀態(tài)進(jìn)行拼接,使其變?yōu)橐粋€(gè)可用于計(jì)算的完整模型。
根據(jù)試驗(yàn)任務(wù)書設(shè)置試驗(yàn)工況、試驗(yàn)工質(zhì)。三維計(jì)算模塊400根據(jù)設(shè)置的試驗(yàn)工況和試驗(yàn)工質(zhì)結(jié)合組裝模塊300生成的用于氣動(dòng)性能試驗(yàn)的計(jì)算模型進(jìn)行試驗(yàn)仿真。在試驗(yàn)過程之中還可監(jiān)控關(guān)鍵截面的參數(shù)變化。在計(jì)算之前,在關(guān)鍵截面設(shè)置監(jiān)控點(diǎn)信息,該信息主要包括監(jiān)控點(diǎn)的位置(三維坐標(biāo)值)及監(jiān)控參數(shù),如壓力、溫度等。
后處理模塊500根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行后處理分析,以獲得各個(gè)流面的參數(shù)分布及渦輪三維特性數(shù)據(jù),并將試驗(yàn)結(jié)果與渦輪實(shí)物試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比,獲得兩者之間的關(guān)系,例如獲得渦輪特性參數(shù)如效率、功率、流量等參數(shù)的差異。在《小型渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪氣動(dòng)性能虛擬試驗(yàn)系統(tǒng)及試驗(yàn)方法》的實(shí)施例之中,后處理分析包括對(duì)各流面(S1流面、S2流面、S3流面)的各參數(shù)(總溫、總壓、靜溫、靜壓、速度、馬赫數(shù)等)分布的分析、各關(guān)鍵截面(葉片排進(jìn)出口截面等)參數(shù)的分析、葉片損失系數(shù)、流線分布等。
試驗(yàn)報(bào)告及評(píng)估報(bào)告生成模塊600用于根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果及試驗(yàn)情況進(jìn)行總結(jié),并完成試驗(yàn)報(bào)告及試驗(yàn)平臺(tái)評(píng)估報(bào)告。
《小型渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪氣動(dòng)性能虛擬試驗(yàn)系統(tǒng)及試驗(yàn)方法》實(shí)施例的小型渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪氣動(dòng)性能虛擬試驗(yàn)系統(tǒng)具有數(shù)據(jù)庫管理功能,可通過數(shù)據(jù)庫管理模塊700對(duì)虛擬試驗(yàn)的試驗(yàn)?zāi)P?、試?yàn)工況參數(shù)、試驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)、特性曲線、參數(shù)分布圖形等信息進(jìn)行存儲(chǔ)管理,并為用戶提供檢索,查詢和統(tǒng)計(jì)以及分析評(píng)估的功能。
用戶管理模塊800用于對(duì)用戶實(shí)行權(quán)限管理,以使不同權(quán)限人員對(duì)虛擬試驗(yàn)任務(wù)書、虛擬試驗(yàn)方案、虛擬試驗(yàn)?zāi)K有不同的訪問、修改權(quán)限。該系統(tǒng)之中用戶權(quán)限共分為三類:系統(tǒng)管理員、試驗(yàn)者或設(shè)計(jì)者、瀏覽者。其中,不同權(quán)限人員對(duì)虛擬試驗(yàn)任務(wù)書、虛擬試驗(yàn)方案和虛擬試驗(yàn)?zāi)K有不同的訪問,修改權(quán)限。在用戶登錄進(jìn)入小型渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪氣動(dòng)性能虛擬試驗(yàn)系統(tǒng)之后,系統(tǒng)根據(jù)預(yù)設(shè)的該用戶的權(quán)限確定該用戶可進(jìn)行的操作范圍,從而保證了數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)的保密、可靠和一致。
如圖2所示,為《小型渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪氣動(dòng)性能虛擬試驗(yàn)系統(tǒng)及試驗(yàn)方法》實(shí)施例的虛擬試驗(yàn)方法流程圖,該方法基于上述的小型渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪氣動(dòng)性能虛擬試驗(yàn)系統(tǒng)。該方法包括以下步驟:
步驟S201,制作渦殼,生成渦殼三維模型和渦殼流體動(dòng)力學(xué)模型。其中,渦殼包括六個(gè)部件,分別是進(jìn)口1(jk1)、進(jìn)口2(jk2)、前盆(qp)、后盆(hp)、出口1(ck1),出口2(ck2)。渦殼的制作過程是首先制作六個(gè)部件,然后合并六個(gè)部件生成渦殼。六個(gè)部件的制作過程是首先UG創(chuàng)建幾何文件,生成渦殼三維模型,然后由Icem生成渦殼六個(gè)部件的流體動(dòng)力學(xué)模型,最后由CFX合并六個(gè)部件的流體動(dòng)力學(xué)模型,生成渦殼流體動(dòng)力學(xué)模型。如圖3所示,為《小型渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪氣動(dòng)性能虛擬試驗(yàn)系統(tǒng)及試驗(yàn)方法》實(shí)施例的渦殼制作流程圖。
步驟S202,制作試驗(yàn)件,生成試驗(yàn)件三維模型和試驗(yàn)件流體動(dòng)力學(xué)模型。試驗(yàn)件的制作根據(jù)選用網(wǎng)格工具的不同提供兩種制作方式,IcemCFD方式和TurboGrid方式。
方式一、IcemCFD方式:
首先由專門的設(shè)計(jì)軟件創(chuàng)建靜葉和動(dòng)葉的點(diǎn)文件,然后由UG軟件創(chuàng)建三維模型,再由IcemCFD創(chuàng)建靜葉和動(dòng)葉的流體動(dòng)力學(xué)模型,最后由CFX合并靜葉和動(dòng)葉的流體動(dòng)力學(xué)模型,生成試驗(yàn)件流體動(dòng)力學(xué)模型。
方式二、TurboGrid方式:
首先由專門的設(shè)計(jì)軟件創(chuàng)建靜葉和動(dòng)葉的點(diǎn)文件,然后由UG軟件創(chuàng)建三維模型,再由TurboGrid創(chuàng)建靜葉和動(dòng)葉的流體動(dòng)力學(xué)模型,最后由CFX合并靜葉和動(dòng)葉的流體動(dòng)力學(xué)模型,生成試驗(yàn)件流體動(dòng)力學(xué)模型。。
如圖4所示,為《小型渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪氣動(dòng)性能虛擬試驗(yàn)系統(tǒng)及試驗(yàn)方法》實(shí)施例的試驗(yàn)件制作流程圖。
需要說明的是在《小型渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪氣動(dòng)性能虛擬試驗(yàn)系統(tǒng)及試驗(yàn)方法》實(shí)施例之中,步驟S201和S202之間沒有順序關(guān)系。
步驟S203,進(jìn)行全通道試驗(yàn)。首先合并渦殼流體動(dòng)力學(xué)模型和試驗(yàn)件流體動(dòng)力學(xué)模型,然后通過設(shè)置工況參數(shù)和工質(zhì)參數(shù)在合并后的渦殼和試驗(yàn)件上開始試驗(yàn),試驗(yàn)后進(jìn)行后處理分析,并生成試驗(yàn)報(bào)告。如圖5所示,為該發(fā)明實(shí)施例的全通道試驗(yàn)流程圖。如圖6所示,為該發(fā)明實(shí)施例的制作試驗(yàn)大綱子流程示意圖。
1.一種小型渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪氣動(dòng)性能虛擬試驗(yàn)系統(tǒng),其特征在于,包括三維造型模塊、流體動(dòng)力學(xué)建模模塊、組裝模塊、三維計(jì)算模塊、后處理模塊、試驗(yàn)報(bào)告及評(píng)估報(bào)告生成模塊、數(shù)據(jù)庫管理模塊和用戶管理模塊,所述三維造型模塊用于采用具有參數(shù)化建模功能的UG模塊建立試驗(yàn)器渦殼三維模型和試驗(yàn)件三維模型,其中,所述參數(shù)化建模為對(duì)渦殼、試驗(yàn)件的幾何結(jié)構(gòu)運(yùn)用幾個(gè)結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行的描述;所述流體動(dòng)力學(xué)建模模塊用于根據(jù)三維造型模塊生成的渦殼三維模型和試驗(yàn)件三維模型采用CFD軟件(Icem CFD或Turbo Grid)進(jìn)行流體動(dòng)力學(xué)模型的建立,以生成渦殼流體動(dòng)力學(xué)模型和試驗(yàn)件流體動(dòng)力學(xué)模型;所述組裝模塊用于對(duì)流體動(dòng)力學(xué)建模模塊生成的渦殼流體動(dòng)力學(xué)模型和試驗(yàn)件流體動(dòng)力學(xué)模型按照實(shí)際的物理狀態(tài)進(jìn)行組裝,以生成可用于氣動(dòng)性能試驗(yàn)的計(jì)算模型;所述三維計(jì)算模塊用于根據(jù)設(shè)置的試驗(yàn)工況和試驗(yàn)工質(zhì)結(jié)合所述組裝模塊生成的用于氣動(dòng)性能試驗(yàn)的計(jì)算模型進(jìn)行試驗(yàn)仿真,并在計(jì)算之前,在關(guān)鍵截面設(shè)置監(jiān)控點(diǎn)信息,該信息主要包括監(jiān)控點(diǎn)的位置及監(jiān)控參數(shù),如壓力、溫度等;所述后處理模塊用于根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行后處理分析,以獲得各個(gè)流面的參數(shù)分布及渦輪三維特性數(shù)據(jù);所述試驗(yàn)報(bào)告及評(píng)估報(bào)告生成模塊用于根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果及試驗(yàn)情況進(jìn)行總結(jié),并完成試驗(yàn)報(bào)告及試驗(yàn)平臺(tái)評(píng)估報(bào)告;所述數(shù)據(jù)庫管理模塊用于對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行管理,對(duì)虛擬試驗(yàn)的試驗(yàn)?zāi)P?、試?yàn)工況參數(shù)、試驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)、特性曲線、參數(shù)分布圖形進(jìn)行存儲(chǔ)管理,并為用戶提供檢索,查詢和統(tǒng)計(jì)以及分析評(píng)估,其中,所述試驗(yàn)?zāi)P桶u殼三維模型、試驗(yàn)件三維模型、渦殼流體動(dòng)力學(xué)模型和試驗(yàn)件流體動(dòng)力學(xué)模型;所述用戶管理模塊用于對(duì)用戶實(shí)行權(quán)限管理,以使不同權(quán)限人員對(duì)虛擬試驗(yàn)任務(wù)書、虛擬試驗(yàn)方案、虛擬試驗(yàn)?zāi)K有不同的訪問、修改權(quán)限。
2.一種采用如權(quán)利要求1所述的小型渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪氣動(dòng)性能虛擬試驗(yàn)系統(tǒng)進(jìn)行試驗(yàn)的方法,其特征在于,包括以下步驟:制作渦殼以生成渦殼三維模型和渦殼流體動(dòng)力學(xué)模型;制作試驗(yàn)件以生成試驗(yàn)件三維模型和試驗(yàn)件流體動(dòng)力學(xué)模型;對(duì)所述渦殼流體動(dòng)力學(xué)模型和所述試驗(yàn)件流體動(dòng)力學(xué)模型進(jìn)行拼接以生成可用于氣動(dòng)性能試驗(yàn)的計(jì)算模型,并根據(jù)設(shè)置的試驗(yàn)工況和試驗(yàn)工質(zhì)進(jìn)行全通道試驗(yàn)。
《小型渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪氣動(dòng)性能虛擬試驗(yàn)系統(tǒng)及試驗(yàn)方法》涉及發(fā)動(dòng)機(jī)制造及設(shè)計(jì)技術(shù)領(lǐng)域,特別涉及一種小型渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪氣動(dòng)性能虛擬試驗(yàn)系統(tǒng)及試驗(yàn)方法。
<p>發(fā)動(dòng)機(jī)是靠燃料在汽缸內(nèi)燃燒作功來產(chǎn)生功率的,輸入的燃料量受到吸入汽缸內(nèi)空氣量的限制,所產(chǎn)生的功率也會(huì)受到限制,如果發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行性能已處于最佳狀態(tài),再增加輸出功率只能通過壓縮更多的空氣...
1.由于模型渦輪噴射引擎是需要耐高溫的發(fā)動(dòng)機(jī)本體,以及需要非常耐磨損(高溫下)的材料制成,這種材料通常情況下非常難以獲得,除非你家里只做的。2.燃燒室需要鎢,高碳鋼,以及鈦合金制作。內(nèi)壁需要高溫防護(hù)涂...
飛機(jī)的渦輪發(fā)動(dòng)機(jī),它的基本工作原理和構(gòu)造是什么?
飛機(jī)的渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的構(gòu)造原理:在構(gòu)造上,渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)也有進(jìn)氣道、壓氣機(jī)、燃燒室和尾噴管等燃?xì)獍l(fā)生器基本構(gòu)造,但它一般都裝有自由渦輪,如圖所示,前面的是兩級(jí)普通渦輪,它帶動(dòng)壓氣機(jī),維持發(fā)動(dòng)機(jī)工作,后面的二...
圖1為《小型渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪氣動(dòng)性能虛擬試驗(yàn)系統(tǒng)及試驗(yàn)方法》實(shí)施例的小型渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪氣動(dòng)性能虛擬試驗(yàn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖;
圖2為該發(fā)明實(shí)施例的虛擬試驗(yàn)方法流程圖;
圖3為該發(fā)明實(shí)施例的渦殼制作流程圖;
圖4為該發(fā)明實(shí)施例的試驗(yàn)件制作流程圖;
圖5為該發(fā)明實(shí)施例的全通道試驗(yàn)流程圖;
圖6為該發(fā)明實(shí)施例的制作試驗(yàn)大綱子流程示意圖。
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《小型渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪氣動(dòng)性能虛擬試驗(yàn)系統(tǒng)及試驗(yàn)方法》提出了一種小型渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪氣動(dòng)性能虛擬試驗(yàn)系統(tǒng)及試驗(yàn)方法。
《小型渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪氣動(dòng)性能虛擬試驗(yàn)系統(tǒng)及試驗(yàn)方法》一方面提出了一種小型渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪氣動(dòng)性能虛擬試驗(yàn)系統(tǒng),包括三維造型模塊、流體動(dòng)力學(xué)建模模塊、組裝模塊、三維計(jì)算模塊、后處理模塊、試驗(yàn)報(bào)告及評(píng)估報(bào)告生成模塊、數(shù)據(jù)庫管理模塊和用戶管理模塊,所述三維造型模塊用于采用具有參數(shù)化建模功能的UG模塊建立試驗(yàn)器渦殼三維模型和試驗(yàn)件三維模型,其中,所述參數(shù)化建模為對(duì)渦殼、試驗(yàn)件的幾何結(jié)構(gòu)運(yùn)用幾個(gè)結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行的描述;所述流體動(dòng)力學(xué)建模模塊用于根據(jù)三維造型模塊生成的渦殼三維模型和試驗(yàn)件三維模型采用CFD軟件(IcemCFD或TurboGrid)進(jìn)行流體動(dòng)力學(xué)模型的建立,以生成渦殼流體動(dòng)力學(xué)模型和試驗(yàn)件流體動(dòng)力學(xué)模型;所述組裝模塊用于對(duì)流體動(dòng)力學(xué)建模模塊生成的渦殼流體動(dòng)力學(xué)模型和試驗(yàn)件流體動(dòng)力學(xué)模型按照實(shí)際的物理狀態(tài)進(jìn)行組裝,以生成可用于氣動(dòng)性能試驗(yàn)的計(jì)算模型;所述三維計(jì)算模塊用于根據(jù)設(shè)置的試驗(yàn)工況和試驗(yàn)工質(zhì)結(jié)合所述組裝模塊生成的用于氣動(dòng)性能試驗(yàn)的計(jì)算模型進(jìn)行試驗(yàn)仿真,并在計(jì)算之前,在關(guān)鍵截面設(shè)置監(jiān)控點(diǎn)信息,該信息主要包括監(jiān)控點(diǎn)的位置及監(jiān)控參數(shù),如壓力、溫度等;所述后處理模塊用于根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行后處理分析,以獲得各個(gè)流面的參數(shù)分布及渦輪三維特性數(shù)據(jù);所述試驗(yàn)報(bào)告及評(píng)估報(bào)告生成模塊用于根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果及試驗(yàn)情況進(jìn)行總計(jì),并完成試驗(yàn)報(bào)告及試驗(yàn)平臺(tái)評(píng)估報(bào)告;所述數(shù)據(jù)庫管理模塊用于對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行管理,對(duì)虛擬試驗(yàn)的試驗(yàn)?zāi)P?、試?yàn)工況參數(shù)、試驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)、特性曲線、參數(shù)分布圖形進(jìn)行存儲(chǔ)管理,并為用戶提供檢索,查詢和統(tǒng)計(jì)以及分析評(píng)估,其中,所述試驗(yàn)?zāi)P桶u殼三維模型、試驗(yàn)件三維模型、渦殼流體動(dòng)力學(xué)模型和試驗(yàn)件流體動(dòng)力學(xué)模型;所述用戶管理模塊用于對(duì)用戶實(shí)行權(quán)限管理,以使不同權(quán)限人員對(duì)虛擬試驗(yàn)任務(wù)書、虛擬試驗(yàn)方案、虛擬試驗(yàn)?zāi)K有不同的訪問、修改權(quán)限。
《小型渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪氣動(dòng)性能虛擬試驗(yàn)系統(tǒng)及試驗(yàn)方法》還提出了一種采用如上所述的小型渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪氣動(dòng)性能虛擬試驗(yàn)系統(tǒng)進(jìn)行試驗(yàn)的方法,包括以下步驟:制作渦殼以生成渦殼三維模型和渦殼流體動(dòng)力學(xué)模型;制作試驗(yàn)件以生成試驗(yàn)件三維模型和試驗(yàn)件流體動(dòng)力學(xué)模型;對(duì)所述渦殼流體動(dòng)力學(xué)模型和所述試驗(yàn)件流體動(dòng)力學(xué)模型進(jìn)行拼接以生成可用于氣動(dòng)性能試驗(yàn)的計(jì)算模型,并根據(jù)設(shè)置的試驗(yàn)工況和試驗(yàn)工質(zhì)進(jìn)行全通道試驗(yàn)。
《小型渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪氣動(dòng)性能虛擬試驗(yàn)系統(tǒng)及試驗(yàn)方法》實(shí)施例的小型渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪氣動(dòng)性能虛擬試驗(yàn)系統(tǒng)能夠部分地取代渦輪實(shí)物試驗(yàn),縮短渦輪試驗(yàn)周期,降低試驗(yàn)風(fēng)險(xiǎn)和實(shí)際試驗(yàn)的費(fèi)用。此外,該發(fā)明實(shí)施例的小型渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪氣動(dòng)性能虛擬試驗(yàn)系統(tǒng)還能夠?qū)u輪的氣動(dòng)性能進(jìn)行分析和評(píng)估,指導(dǎo)渦輪的設(shè)計(jì)。該發(fā)明實(shí)施例對(duì)于實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)從“傳統(tǒng)型設(shè)計(jì)”到“預(yù)測(cè)型設(shè)計(jì)”的轉(zhuǎn)變有著重要的促進(jìn)作用。
《小型渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪氣動(dòng)性能虛擬試驗(yàn)系統(tǒng)及試驗(yàn)方法》附加的方面和優(yōu)點(diǎn)將在下面的描述中部分給出,部分將從下面的描述中變得明顯,或通過該發(fā)明的實(shí)踐了解到。
在小型渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)研制過程中,通過渦輪部件試驗(yàn)獲得渦輪部件的真實(shí)特性,對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)總體性能的評(píng)估具有重要作用。虛擬試驗(yàn)技術(shù)作為數(shù)字化的試驗(yàn)技術(shù),集成仿真技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)、試驗(yàn)技術(shù)等于一身,被認(rèn)為是提高武器系統(tǒng)或產(chǎn)品研制水平,增強(qiáng)創(chuàng)新力和競(jìng)爭(zhēng)力的有效技術(shù)手段。
中國國外虛擬試驗(yàn)技術(shù)在上個(gè)世紀(jì)八十年代開始興起,在國防領(lǐng)域尖端的武器系統(tǒng)研制之中應(yīng)用較多,但在小型發(fā)動(dòng)機(jī)虛擬試驗(yàn)方面還未進(jìn)行任何有效的研究。
2016年12月7日,《小型渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪氣動(dòng)性能虛擬試驗(yàn)系統(tǒng)及試驗(yàn)方法》獲得第十八屆中國專利優(yōu)秀獎(jiǎng)。 2100433B
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某型燃?xì)鉁u輪起動(dòng)機(jī)空中起動(dòng)調(diào)整試驗(yàn)——利用某型燃?xì)鉁u輪起動(dòng)機(jī)進(jìn)行空中輔助起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn),以期突破其僅用于地面起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)的限制,擴(kuò)展起動(dòng)機(jī)及發(fā)動(dòng)機(jī)的起動(dòng)包線。
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收稿日期 : 2005206220 基金項(xiàng)目 : 教育部新世紀(jì)優(yōu)秀人才計(jì)劃項(xiàng)目 ( NCET 20420281 ) ; 國家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃項(xiàng)目 (2002AA414420 )? 作者簡(jiǎn)介 : 王成恩 (1964 - ) ,男 ,黑龍江雞西人 ,東北大學(xué)教授 ,博士生導(dǎo)師 ? 第 27卷第 5期 2 00 6年 5 月 東 北 大 學(xué) 學(xué) 報(bào) ( 自 然 科 學(xué) 版 ) Journal of Northeastern University (Natural Science) Vol 127 ,No. 5 May 2 0 0 6 文章編號(hào) : 100523026 ( 2006) 0520485204 航空發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪設(shè)計(jì)集成技術(shù) 王成恩 , 劉 震 (東北大學(xué) 教育部暨遼寧省流程工業(yè)綜合自動(dòng)化重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 , 遼寧 沈陽 110004) 摘 要 : 航空發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)需要大量的計(jì)算軟件
自由式渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)性能
自由式渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)由于自由渦輪是由燃?xì)怛?qū)動(dòng)的, 與燃?xì)獍l(fā)生器沒有機(jī)械連接, 因此, 自由渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的效率在渦輪螺旋槳發(fā)動(dòng)機(jī)類型中比單軸式渦槳發(fā)動(dòng)機(jī)的稍低。如右圖,可知自由渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的壓氣機(jī)布置在發(fā)動(dòng)機(jī)后端,空氣從進(jìn)氣道進(jìn)入后需轉(zhuǎn)180°才能進(jìn)入壓氣機(jī),導(dǎo)致進(jìn)氣損失偏大。反映到燃油經(jīng)濟(jì)性上,與單軸式渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)相比,在輸出軸功率相當(dāng)?shù)那疤嵯拢杂蓽u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的燃油消耗率(SFC)較單軸發(fā)動(dòng)機(jī)的高約6%~10%。
另一方面,由于自由渦輪是靠燃?xì)怛?qū)動(dòng)的,因此在飛行員想改變發(fā)動(dòng)機(jī)狀態(tài)時(shí),自由渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)將會(huì)有一定的延遲,例如從慢車到最大起飛功率,飛行員完成推桿動(dòng)作后,大概得經(jīng)過3s左右發(fā)動(dòng)機(jī)才能到達(dá)所需的最大起飛功率狀態(tài),在響應(yīng)速度上慢于單軸發(fā)動(dòng)機(jī)。
地面啟動(dòng)時(shí),自由渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)所需的扭矩更小。這是因?yàn)樽杂蓽u輪在啟動(dòng)過程中僅需將燃?xì)獍l(fā)生器轉(zhuǎn)子(包括壓氣機(jī)及其渦輪) 帶動(dòng)到點(diǎn)火轉(zhuǎn)速, 而單軸發(fā)動(dòng)機(jī)在此過程中還需帶動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)前端的螺旋槳及減速齒輪箱。因此,在小飛機(jī)上,一般只需紿自由滿輪發(fā)動(dòng)機(jī)配備一塊啟動(dòng)用的蓄電池而需要給單軸發(fā)動(dòng)機(jī)配備兩塊。
在飛行中進(jìn)行發(fā)動(dòng)機(jī)再啟動(dòng)時(shí),自由渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的再啟動(dòng)包線更廣。自由渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)在飛行中進(jìn)行再啟動(dòng)有兩種模式,風(fēng)車啟動(dòng)及啟動(dòng)發(fā)電機(jī)啟動(dòng)。風(fēng)車啟動(dòng)指的是,渦槳發(fā)動(dòng)機(jī)空中熄火后,由于螺旋槳的旋轉(zhuǎn)為風(fēng)車狀態(tài),發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子也隨螺旋槳一起轉(zhuǎn)動(dòng),如飛行高度和速度在廠家允許的包線內(nèi),可根據(jù)需要進(jìn)行點(diǎn)火啟動(dòng)。而空中的啟動(dòng)發(fā)電機(jī)啟動(dòng)與地面正常啟動(dòng)程序一樣。
自由渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的渦輪維護(hù)性比較簡(jiǎn)便。
發(fā)動(dòng)機(jī)廠家根據(jù)自由渦輪的位置,在兩級(jí)渦輪(自由渦輪與壓氣機(jī)渦輪)之間設(shè)計(jì)成可方便拆卸的法蘭連接,當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)需要進(jìn)行熱部件檢查時(shí),只需把發(fā)動(dòng)機(jī)自由渦輪及前端的減速齒輪箱拆下即可,有時(shí)甚至不需要從飛機(jī)上拆下發(fā)動(dòng)機(jī)。
雙路式渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)操作
因?yàn)闇u輪發(fā)動(dòng)機(jī)非常多樣,在本手冊(cè)中講解詳細(xì)的運(yùn)行過程是不切實(shí)際的。然而,有一些適用于所有渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的操作考慮。它們是發(fā)動(dòng)機(jī)溫度限制,外界物體破壞,熱啟動(dòng),壓縮機(jī)失速和熄火。
任何渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的最高溫度都發(fā)生在渦輪進(jìn)氣口。渦輪進(jìn)氣溫度因此通常是渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行的限制因素。
渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)推力直接隨空氣密度變化。當(dāng)空氣密度降低時(shí),推力也降低。當(dāng)渦輪和往復(fù)式發(fā)動(dòng)機(jī)受高的相對(duì)濕度有某種影響時(shí),渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)推力損失可以忽略不計(jì),而往復(fù)式發(fā)動(dòng)機(jī)的制動(dòng)馬力會(huì)降低很多。
由于渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣口的設(shè)計(jì)和功能,吸入物體碎片的可能性總是存在的。這會(huì)導(dǎo)致重大的損壞,特別是壓縮機(jī)和渦輪節(jié)。當(dāng)發(fā)生這樣的事情時(shí),稱為外來物體損傷(FOD)。典型的FOD是吸入來自停機(jī)坪,滑行道或者跑道上的小物體導(dǎo)致的小凹痕和花邊。但是,也會(huì)發(fā)生飛鳥撞擊或者冰吸入導(dǎo)致的FOD損壞,可能導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)整個(gè)損毀。
外物損傷的預(yù)防是非常重要的。地面運(yùn)行期間,一些發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣口有在地面和進(jìn)氣口之間形成渦流的趨勢(shì)。在這些發(fā)動(dòng)機(jī)上可能安裝了一個(gè)渦流消散器。
也可能使用其他設(shè)備,如屏幕和/或偏轉(zhuǎn)器。飛行前檢查程序包括一個(gè)對(duì)任何外物損傷跡象的目視檢查。
熱啟動(dòng)是當(dāng)EGT超過安全限制時(shí)的啟動(dòng)。熱啟動(dòng)是由于太多燃油進(jìn)入燃燒室或者是渦輪機(jī)轉(zhuǎn)速不夠引起的。只要發(fā)動(dòng)機(jī)熱啟動(dòng)時(shí),參考飛機(jī)飛行手冊(cè),飛行員操作手冊(cè)或者相關(guān)的維護(hù)手冊(cè)來了解檢查要求。
如果點(diǎn)火后發(fā)動(dòng)機(jī)不能加速到適合的速度或者沒加速到慢車轉(zhuǎn)速,這時(shí)就發(fā)生了懸掛啟動(dòng)。懸掛啟動(dòng)也可以稱為假啟動(dòng)。懸掛啟動(dòng)可能是由于啟動(dòng)動(dòng)力源不足或者燃油控制故障而導(dǎo)致。
壓縮機(jī)葉片是小的翼型,遵守適用于任何翼型的相同空氣動(dòng)力學(xué)原理。壓縮機(jī)葉片有一個(gè)迎角。迎角是進(jìn)氣口空氣速度和壓縮機(jī)旋轉(zhuǎn)速度的計(jì)算結(jié)果。這兩個(gè)力合成構(gòu)成一個(gè)向量,它確定了翼型沖擊進(jìn)氣口空氣的實(shí)際迎角。
壓縮機(jī)失速可以描述為進(jìn)氣口速度和壓縮機(jī)旋轉(zhuǎn)速度這兩個(gè)向量數(shù)值的失衡。當(dāng)壓縮機(jī)葉片迎角超過臨界迎角時(shí)發(fā)生壓縮機(jī)失速。在這個(gè)點(diǎn)上,平穩(wěn)氣流受到干擾,隨著壓力波動(dòng)產(chǎn)生了紊流。壓縮機(jī)失速導(dǎo)致空氣流進(jìn)壓縮機(jī)時(shí)速度降低和停滯,有時(shí)還反向流動(dòng)。如圖4
壓縮機(jī)失速可以是瞬時(shí)現(xiàn)象和間歇性現(xiàn)象或者是持續(xù)的狀態(tài),甚至更嚴(yán)重。瞬時(shí)/間歇性失速的表現(xiàn)通常是在回火和反向氣流發(fā)生時(shí)間歇的爆炸聲。如果失速發(fā)展成為穩(wěn)定狀態(tài),可能從持續(xù)的反向氣流產(chǎn)生強(qiáng)烈的振動(dòng)和高聲的嘯叫。駕駛艙儀表基本上通常不會(huì)顯示輕度的或者瞬時(shí)失速,但是會(huì)顯示形成的失速。典型的儀表表現(xiàn)包括轉(zhuǎn)速的波動(dòng)和排氣溫度的增加。大多數(shù)瞬時(shí)失速不會(huì)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)有害,經(jīng)常在一兩個(gè)周期后自己糾正過來。穩(wěn)定狀態(tài)的失速導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)損壞的可能性很大。必須快速的通過降低功率,減小飛機(jī)迎角和增加空速來完成改出失速。
盡管所有的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)會(huì)受壓縮機(jī)失速影響,大多數(shù)型號(hào)都有抑制這些失速的系統(tǒng)。有一個(gè)這樣的系統(tǒng)使用可變式進(jìn)氣口導(dǎo)葉(VIGV)和可變式定子葉片,它可以把進(jìn)來的空氣以適當(dāng)?shù)挠菍?dǎo)向到轉(zhuǎn)子槳葉。防止空氣壓縮失速的主要方法是使飛機(jī)在制造商確立的參數(shù)范圍內(nèi)運(yùn)行。如果壓縮機(jī)失速確實(shí)形成了,請(qǐng)按照飛機(jī)飛行手冊(cè)或者飛行員操作手冊(cè)中的建議程序來做。
熄火是燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的一種運(yùn)行狀態(tài),此時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)的火無意的熄滅。如果燃燒室中油氣混合比超過富油限制,火焰將會(huì)被吹熄。這個(gè)狀態(tài)經(jīng)常稱為富油熄火。它通常發(fā)生于非常快速的發(fā)動(dòng)機(jī)加速,過度富油的混合氣使燃油溫度降低到燃燒溫度以下。也可能由于氣流不足而不能維持燃燒。
另一方面,更多常規(guī)的熄火事件是由于燃油壓力低和發(fā)動(dòng)機(jī)速度低,這些典型的和高高度飛行有關(guān)。這種情況也會(huì)在下降期間發(fā)動(dòng)機(jī)油門收回時(shí),這會(huì)產(chǎn)生貧油條件熄火。貧油混合器很容易導(dǎo)致火焰熄滅,甚至是正常的氣流通過發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)也會(huì)發(fā)生。
燃油供應(yīng)的任何干擾也會(huì)導(dǎo)致熄火。這原因可能是長時(shí)間的非常規(guī)姿態(tài),發(fā)生故障的燃油控制系統(tǒng),紊流,結(jié)冰或者燃油耗盡。
熄火的征兆通常和發(fā)動(dòng)機(jī)失效后一樣。如果熄火是因?yàn)樗矔r(shí)條件,例如燃油流量和發(fā)動(dòng)機(jī)速度之間的失衡,一旦狀態(tài)被糾正就可以嘗試空中啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)。無論如何,飛行員必須遵守飛機(jī)飛行手冊(cè)或者飛行員操作手冊(cè)中適用的緊急程序。一般的,這些程序包含了關(guān)于高度和空速的建議,在這些條件下空中開車很可能成功。
雙路式渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)優(yōu)點(diǎn)
渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)相比往復(fù)式發(fā)動(dòng)機(jī)有下列優(yōu)點(diǎn): 振動(dòng)少,增加飛機(jī)性能,可靠性高,和容易操作。