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[机械] 单叶轮微涡扇发动机优化设计与特性计算

  • 简介: 原文 1.1 微涡扇发动机研究背景现代军用飞机有向无人化、小型化、微型化方向发展的趋势,以美国的全球鹰无人侦察机为代表,世界各国都争先恐后的研究制造无人侦察机(UAV),甚至无人攻击侦察机(UCAV)作为军事力量的储备,以便必要时能将其投入复...
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原文

1.1 微涡扇发动机研究背景
现代军用飞机有向无人化、小型化、微型化方向发展的趋势,以美国的全球鹰无人侦察机为代表,世界各国都争先恐后的研究制造无人侦察机(UAV),甚至无人攻击侦察机(UCAV)作为军事力量的储备,以便必要时能将其投入复杂的战场环境,发挥重要的作用。这样必然要求相应的航空动力设备也要小型化和微型化,还要具有高空低速或者低空高速等许多独特的性能,显然动力设备的研究在无人机项目中占据重要地位。国际上,美国走在了世界各国的前列,有多家公司设计制造出成熟的小型或微型发动机,应用在导弹、无人飞行器、靶机、航空模型和燃气轮机发电等军用和民用领域,此外德国、英国和日本也有自己的产品如下表,可见唯一的一种涡扇发动机是WR19,其推力为272Kg。
...
在国内,航空发动机小型化、微型化研究的起步较晚,研究的单位很有限。北航四系从1999年以来率先开展了微型发动机的研究与设计工作,通过不懈的努力,到2003年初已经基本完成了设计点推力为10Kg量级的微型涡喷发动机的设计工作,为本文的工作奠定了坚实的基础。
1.2 微涡扇发动机的研究目的
本文研究的微涡扇发动机全称为“单轴单叶轮斜流式风扇-压气机一体化叶片微型分排涡扇发动机”。预先研究的目的主要有两点,
首先,综观国内外的小型和微型航空发动机,在100Kg推力以下级别内,基本都是涡喷发动机,多少存在着耗油率高、热效率低的问题。能不能采用斜流式风扇-压气机一体化叶片以提高增压比、增加流量,同时具有低耗油率、高热效率,是本文要努力求解的问题。
......


  目录

1 绪论
2 总体气动布局分析和结构可行性研究
3 热力循环分析与优化
4 总体设计程序分析
5 微涡扇高度速度特性
6 微涡扇飞行任务剖面特性和转速特性
7 最初设计方案的探索研究
结论
致谢
参考文献


  参考资料

参考文献
[1] G.C.Oates[美]著,张逸民,李燕生译.燃气涡轮发动机气动热力学理论及其应用(上册).北京:国防工业出版社,1988.
[2] 单鹏,桂幸民,陈矛章.高性能小型涡扇发动机总体设计性能优化和压缩系统气动设计.北京:中国国防科学技术报告,2002年4月.
[3] 单鹏.多变量推进系统数学模型中的矢量空间及其分解.航空学报,1997:Vol.18,No.1.
[4] 单鹏.多变量多轴多函道涡喷/涡扇推进系统内流特性部件法数学模型程序说明.1992.
[5] 陈大光,张津.飞机-发动机性能匹配与优化.北京:北京航空航天大学出版社,1990.
[6] Maung Maung Kyaw[缅甸].微型涡轮喷气发动机总体设计(Overall Design of Micro-Turbojet Engine).北京:北京航空航天大学,2001.
[7] G.C.Oates.Aircraft Propulsion Systems Technology and Design. Washington,DC: American Institute of Aeronautics and Astronautics,Inc.19


  简单介绍

摘要
小型航空发动机的应用已有几十年的历史,在当今军用飞行器和导弹向无人化、小型化和微型化方向发展趋势的带动下,微型航空发动机越来越受到重视,国内在这方面的研究刚刚起步,今后会有相当广泛的用途。微型航空发动机的设计理念追求高性能、低成本,目前国内外尚未出现数十公斤推力量级的微型涡扇发动机。
本文对于数十公斤推力量级的、工程技术难度适中的、低增压比的一种单叶轮微型涡扇发动机,进行了总体气动布局分析和结构可行性研究,热力循环优化设计,总体气动设计及飞行特性模拟这三个方面的研究。
在以上研究中,看到了微涡扇发动机不同于微涡喷发动机的的特殊点,由此提出了高低叶片、等效压气机这两个新的概念和相应的研究思路,找到了解决问题的途径和方法。最终给出了一台40公斤推力级、低增压比为3.0的单叶轮微涡扇发动机的丰富数据和特性曲线。本文的内容为后续的微涡扇发动机部件设计研究奠定了基础。
关键词:微型航空发动机,涡轮风扇发动机,风扇—压气机一体化叶轮,高低叶片,等效压气机

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