基于多设计点方法的涡轴发动机热力循环分析

针对航空发动机设计中涉及多性能需求和多约束条件的热力循环分析问题,提出了多设计点热力循环分析方法。详细介绍了多设计点热力循环分析方法的构建以及求解过程,用单设计点方法和多设计点方法对单转子燃气发生器带自由式动力涡轮的涡轴发动机进行热力循环分析,并分析了2种方法得到的设计域。结果表明:在由传统单设计点方法所获得的设计域内的某些区域,由于性能需求和使用限制的矛盾而不可行,而在这部分不可行区域内,有可能包含性能最优的设计点,从而使最优设计点不可行;在多设计点方法分析中,采用了多个(或所有)有性能需求和使用限制的工作状态作为其设计点,可以在合适的工作状态选取正确的设计变量,从而使设计域内的每一设计点都满足所有工作状态的要求。

基于多设计点方法的陶瓷基材料涡桨发动机热力循环分析

为了研究陶瓷基复合材料(CMC)对先进民用涡桨发动机总体性能带来的提升,建立了双转子燃气发生器自由涡轮式涡桨发动机多设计点热力循环分析模型,并编制了相应的程序。计算分析了采用常规金属材料、仅高压涡轮导向器采用CMC以及整个高压涡轮部件采用CMC的涡桨发动机总体性能。结果表明:(1)高压涡轮导向器采用CMC且保持高压涡轮转子进口温度与金属材料一致,耗油率和单位功率性能最多分别提升1%和1.1%,同时可以使燃烧室出口温度最多降低83℃。(2)高压涡轮导向器采用CMC且保持燃烧室出口温度一致,耗油率和单位功率性能最多提升1.6%和6.5%。(3)当整个高压涡轮采用CMC时,耗油率和单位功率性能最多提升7.8%和20%。

航空发动机多设计点热力循环分析方法的构建及应用

针对航空发动机设计中涉及多性能需求与多约束条件的问题,提出一种以多个工作状态作为设计点进行热力循环分析的实现方法,并介绍了多设计点方法的构建及求解过程。采用单设计点方法和多设计点方法对大涵道比涡扇发动机进行热力循环分析,并对比了两种方法得到的设计域。结果表明,由于单设计点方法需假设某些热力参数在循环分析过程中不变,使设计域内部分区域不能满足性能需求或技术限制,且该区域内可能包含性能最优点。多设计点方法考虑了全部技术限制和所有工作状态的性能需求,在单设计点方法中不变的循环参数,在多设计点方法中作为非线性方程组中的迭代变量,确保了多设计点方法的设计域总是可以满足所有的性能需求和技术限制。