容积与转子状态量在变循环发动机数值仿真中的应用

推进技术 ›› 2015, Vol. 36 ›› Issue (7): 1085-1092.

容积与转子状态量在变循环发动机数值仿真中的应用

谢振伟¹,郭迎清¹,陆　军²

西北工业大学动力与能源学院，陕西西安 710072,西北工业大学动力与能源学院，陕西西安 710072,中国商飞机上海飞机设计研究院，上海 201210

发布日期:2021-08-15
作者简介:谢振伟(1985—)，男，硕士生，研究领域为变循环发动机分布式控制。

Application of Volume and Rotor State Values in Variable Cycle Engine Numerical Simulation

School of Power and Energy，Northwestern Polytechnical University，Xi’an 710072，China,School of Power and Energy，Northwestern Polytechnical University，Xi’an 710072，China and Shanghai Aircraft Design and Research Institute，Shanghai 201210，China

Published:2021-08-15

摘要/Abstract

摘要： 使用容积动态与转子动态来计算容积与转子的状态量，为压气机及涡轮的特性图插值与计算过程提供输入数据，使得变循环发动机数值仿真的运算过程无需猜值与迭代；并给出了对变循环发动机的可调几何的仿真方法。使用此模型仿真了从双外涵模式向单外涵模式切换的过程以及这两种模式下变循环发动机的高度、速度、节流特性。在高度0km且马赫数为0的大气环境下模式转换的仿真结果显示，变循环发动机涵道比由0.700下降到0.307，单外涵模式与双外涵模式相比推力提高了16.823%，单位燃油消耗率增加了15.163%。

关键词: 变循环发动机；容积动态；转子动态；数值仿真；模式切换

Abstract: States values of volumes and rotors calculated by volume dynamics and rotor dynamics provided input data for map-interpolation and calculation of compressors and turbines. So the computation process of the variable cycle engine (VCE) numerical simulation model did not need guess values and iterative process. The model also simulated the variable geometries. Mode conversion from double bypass to single bypass was simulated with this model. Then the engine characteristics of these two modes were calculated with altitude，velocity and throttling. The results of mode conversion at the flight condition with a height of 0 km and a Mach number of 0 show that the thrust increased 16.823% and the specific fuel consumption (SFC) increased 15.163% while the bypass ratio (BPR) changed from 0.700 to 0.307.

Key words: Variable cycle engine；Volume dynamics；Rotor dynamics；Numerical simulation；Mode conversion

谢振伟,郭迎清,陆　军. 容积与转子状态量在变循环发动机数值仿真中的应用[J]. 推进技术, 2015, 36(7): 1085-1092.

XIE Zhen-wei¹,GUO Ying-qing¹,LU Jun². Application of Volume and Rotor State Values in Variable Cycle Engine Numerical Simulation[J]. Journal of Propulsion Technology, 2015, 36(7): 1085-1092.

参考文献

[1] Variable Cycle Engine Developments at General Electric-1955~1995[M]. USA: American Institute of Aeronautics and Astronautics, Inc., 1996, 105-158.
[2] Peter V, Walter B, Victor F V, et al. Study of an Airbreathing Variable Cycle Engine[R]. AIAA 2011-5758.
[3] Simmons R J. Design and Control of a Variable Geometry Turbofan with an Independently Modulated 3rd Stream [D]. Columbus, Ohio: Ohio State University, 2009.
[4] 刘洪波, 王荣桥. 变循环发动机总体结构和模式转换机构研究[J]. 航空发动机, 2008, (3): 1-5.
[5] 刘增文, 王占学, 蔡元虎. 变循环发动机模态转换数值模拟[J]. 航空动力学报, 2011, (9).
[6] 范珍涔, 王占学, 黄红超, 等. 面对对象的变循环发动机数值模拟软件的开发[J]. 机械设计与制造,2010, (11): 56-58.
[7] 苟学中, 周文祥, 黄金泉. 变循环发动机部件级建模技术[J]. 航空动力学报, 2013, (1).
[8] 王元, 李秋红, 黄向华. 变循环发动机建模技术研究[J]. 航空动力学报, 2013, (4): 954-960.
[9] 李斌, 陈敏, 朱之丽, 等. 自适应循环发动机不同工作模式稳态特性研究[J]. 推进技术, 2013,34(8): 1009-1015.(LI Bin, CHEN Min, ZHU Zhi-li, et al. Steady Performance Investigation on Various Modes of an Adaptive Cycle Aero-Engine [J]. Journal of Propulsion Technology, 2013, 34(8): 1009-1015.)
[10] 苏三买, 廉小纯. 遗传算法在航空发动机非线性数学模型中的应用[J]. 推进技术. 2004,25(3): 237-240.(SU San-mai, LIAN Xiao-chun. Application of Genetic Algorithm in Aeroengine Nonlinear Mathematical Models[J]. Journal of Propulsion Technology, 2004, 25(3): 237-240.)
[11] 王新月, 苏三买, 廉小纯. 混合排气加力涡扇发动机过渡态的数值计算[J]. 推进技术, 2002, 23(3): 189-192.(WANG Xin-yue , SU San-mai , LIAN Xiao-chun. Numerical Simulation of Turbofan Engine with Mixer Afterburning under Transient Conditions[J]. Journal of Propulsion Technology, 2002, 23(3): 189-192.)
[12] 唐世建, 童万军. 基于容积法的某涡扇发动机动态建模方法[J]. 航空动力学报, 2013, (3): 709-713.
[13] 杨刚, 孙健国, 黄向华, 等. 一种不需要迭代的发动机辅助变量建模方法[J]. 航空动力学报, 2003,(2): 289-294.
[14] 黄开明, 黄金泉, 刘杰, 等. 基于无迭代解法的航空发动机实时模型[J]. 航空发动机, 2004, (2): 35-38.
[15] 夏超, 王继强, 商国军, 等. 基于Matlab/Simulink的航空发动机部件级建模与分析[J]. 航空发动机, 2012, (4): 31-33.
[16] Jaw L C, Mattingly J D. Aircraft Engine Controls: Design, System Analysis, and Health Monitoring[M]. USA: American Institute of Aeronautics and Astronautics, Inc., 2009.
[17] Kulikov G G, Thompson H A. Dynamic Modelling of Gas Turbines: Identification, Simulation, Condition Monitoring and Optimal Control[M].USA:Springer,2004.
[18] 骆广琦, 桑增产, 王如根, 等. 航空燃气涡轮发动机数值仿真[M]. 北京:国防工业出版社, 2007.
[19] 廉筱纯, 吴虎. 航空发动机原理[M]. 西安:西北工业大学出版社, 2005.
[20] 尹大伟. 航空发动机模型求解算法及性能寻优控制中的参数估计研究[D]. 长沙:国防科学技术大学, 2011.
[21] 聂恰耶夫. 航空动力装置控制规律与特性[M]. 北京:国防工业出版社, 1999.(编辑:史亚红)　　　　　　　　　　　　　*　收稿日期:2014-06-09；修订日期:2014-09-01。作者简介:谢振伟(1985—),男,硕士生,研究领域为变循环发动机分布式控制。E-mail:xzw2008200916@mail.nwpu.edu.cn