某型單轉(zhuǎn)子渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速特性性能計(jì)算

某型單轉(zhuǎn)子渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速特性性能計(jì)算,某型單,轉(zhuǎn)子,噴發(fā),動(dòng)機(jī),念頭,轉(zhuǎn)速,特性,性能,機(jī)能,計(jì)算 某型單轉(zhuǎn)子渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速特性性能計(jì)算The Calculation of Rotation Speed Character Performance for Single Spool Turbojet Engine摘 要進(jìn)行單轉(zhuǎn)子渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速特性性能研究計(jì)算，這不僅需要對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)原理的相關(guān)知識(shí)有一定的了解，還需要能夠熟練應(yīng)用相關(guān)的計(jì)算程序。同時(shí)，進(jìn)行進(jìn)行特性研究計(jì)算還能加強(qiáng)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)性能的評(píng)判分析，是理論教學(xué)的延伸、科研生產(chǎn)的基礎(chǔ)。由于在進(jìn)行試驗(yàn)研究時(shí)，直接在發(fā)動(dòng)機(jī)上進(jìn)行試驗(yàn)，不僅花費(fèi)巨大，而且一旦失敗所造成的時(shí)間上的浪費(fèi)也是巨大的，因此，選用計(jì)算機(jī)數(shù)值仿真技術(shù)進(jìn)行單轉(zhuǎn)子渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速特性性能計(jì)算是十分合適的，這樣不僅可以減少大量的消耗，還能通過(guò)更改數(shù)據(jù)進(jìn)行多種情況的設(shè)計(jì)與計(jì)算。研究的實(shí)現(xiàn)方式是基于 Visual Basic 的程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言，中間過(guò)程的原理基礎(chǔ)和核心是渦輪和壓氣機(jī)的共同工作、其表現(xiàn)形式共同工作線。通過(guò)編寫程序，對(duì)所給原始數(shù)據(jù)參數(shù)的處理分析，可以得出所需的轉(zhuǎn)速特性性能計(jì)算的結(jié)果：推力隨轉(zhuǎn)速的增大而一直增大；燃油消耗率隨轉(zhuǎn)速的增大而減小，最后略有增大。關(guān)鍵詞：?jiǎn)无D(zhuǎn)子渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)；共同工作；轉(zhuǎn)速特性；數(shù)值模擬AbstractThe calculation method of the speed characteristic performance of a single rotor turbojet engine requires not only a certain degree of knowledge about the related knowledge of the engine principle, but also a more proficient master of the application program. At the same time, carrying out characteristic research and calculation can also strengthen the evaluation and analysis of engine performance, which is the basis of theoretical teaching extension and scientific research production. As the test is carried out on the engine, it is not only costly, but also the loss caused by the failure and the consumption of time is great. Therefore, it is very suitable to use the computer numerical simulation technique to calculate the performance of the rotational speed characteristic of the single rotor turbojet engine. In this way, it can not only reduce a lot of consumption, but also change the data to design and calculate a variety of situations, but it is necessary to pay attention to the compilation of the program must not make mistakes, otherwise it will eventually affect the experimental results. The realization of the research is based on the programming language of Visual Basic. The principle and core of the intermediate process are the joint work of the turbine and the compressor and the common working line of its form.By writing procedures for processing and analysis of raw data given parameters, the desired calculation result of single spool turbojet rotation speed character performance can be obtained. The result is that thrust increases with the increase of speed. And fuel consumption reduces and finally increased slightly with the speed increases.Key Words:Single rotor turbojet engine;Co-operating;Rotation Speed Characteristics;Numerical SimulationI目 錄第 1 章 緒論 11.1 課題的背景與研究意義 11.2 數(shù)值模擬與仿真 2第 2 章 單轉(zhuǎn)子渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速特性 32.1 發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速特性 32.1.1 推力隨轉(zhuǎn)速變化的情形 .32.1.2 燃料消耗率隨轉(zhuǎn)速變化的情形 .32.2 大氣條件對(duì)轉(zhuǎn)速特性的影響 42.2.1 大氣溫度對(duì)推力和燃料消耗率的影響 .42.2.2 大氣壓力對(duì)推力和燃料消耗率的影響 .42.3 公式推導(dǎo) 52.3.1 相似的概念與參數(shù)換算 .62.3.2 共同工作的含義及方程的推導(dǎo) .72.3.3 各站位參數(shù)的推導(dǎo) 10第 3 章 程序說(shuō)明 .153.1 VB 程序介紹 153.2 共同工作界面的說(shuō)明 .153.3 轉(zhuǎn)速特性界面的說(shuō)明 .17第 4 章 結(jié)論 .194.1 研究結(jié)果分析 .194.2 研究展望 .20參考文獻(xiàn) .21致謝 .22附錄 A：程序清單 .23附錄 B：外文翻譯資料 .251第 1 章 緒論1.1 課題的背景與研究意義發(fā)動(dòng)機(jī)之所以被稱為是一架飛機(jī)的心臟，那是因?yàn)樗诤狭苏麄€(gè)工業(yè)領(lǐng)域的所有尖端的科學(xué)技術(shù)。只有航空發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)不斷發(fā)展完善，發(fā)動(dòng)機(jī)的性能越來(lái)越好，整個(gè)航空制造業(yè)這個(gè)領(lǐng)域才能取得更大的進(jìn)步和飛躍。而發(fā)動(dòng)機(jī)在發(fā)展過(guò)程中的各個(gè)項(xiàng)目上的技術(shù)飛躍，又離不開(kāi)當(dāng)時(shí)航空的各領(lǐng)域中生產(chǎn)技術(shù)的進(jìn)步和完善，然后才能使發(fā)動(dòng)機(jī)的性能甚至是整個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)理念發(fā)生改變。所以說(shuō)發(fā)動(dòng)機(jī)的研制水平能夠更加充分的體現(xiàn)一個(gè)國(guó)家在科技生產(chǎn)方面甚至是經(jīng)濟(jì)方面的綜合實(shí)力。1903 年，美國(guó)的萊特兄弟成功造出使用活塞發(fā)動(dòng)機(jī)的雙翼飛機(jī)，雖然對(duì)于現(xiàn)在的工業(yè)水平來(lái)說(shuō)，那時(shí)的活塞發(fā)動(dòng)機(jī)并不先進(jìn)，但在當(dāng)時(shí)，它卻是第一臺(tái)成功飛上天的發(fā)動(dòng)機(jī)。而之后的噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)明，則使得航空發(fā)動(dòng)機(jī)有了飛一般的進(jìn)步。自二戰(zhàn)結(jié)束以來(lái)的半個(gè)多世紀(jì)里，噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)有著飛速發(fā)展，它先是因?yàn)檐娛滦枰贿\(yùn)用在戰(zhàn)斗機(jī)上，隨后又被用于各種型號(hào)的飛機(jī)上，經(jīng)過(guò)這幾十年的發(fā)展噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)不僅在性能方面有了提升，而且發(fā)展出很多種不同用途的發(fā)動(dòng)機(jī)。正是由于發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)和飛機(jī)制造技術(shù)的不斷進(jìn)步，從而使得飛機(jī)不僅在速度上能夠以超音速飛行，還在寬體客機(jī)上實(shí)現(xiàn)了跨洋飛行，縮短了人與人之間的距離。單轉(zhuǎn)子渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)主要是由五大部件組合成一個(gè)整體的，這幾個(gè)部件在工作時(shí)，相互聯(lián)系、不可分割，共同完成發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)。其中渦輪、燃燒室和壓氣機(jī)共稱為核心機(jī)，所以說(shuō)，對(duì)于渦輪和壓氣機(jī)的研究可以說(shuō)是整個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)研究的基礎(chǔ)，是重中之重的一個(gè)環(huán)節(jié)。單轉(zhuǎn)子渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)的三大特性分別為速度、高度以及轉(zhuǎn)速特性。這里選取轉(zhuǎn)速特性做研究計(jì)算，因?yàn)樗幸欢ǖ拇硇詢r(jià)值。 發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速通過(guò)靠油門來(lái)操縱的，所以轉(zhuǎn)速特性又被稱為油門特性。轉(zhuǎn)速特性一般可以通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)在地面上的試驗(yàn)來(lái)獲取。如果渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)中裝有可調(diào)導(dǎo)向葉片、壓氣機(jī)中間級(jí)放氣系統(tǒng)等，那么在發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)就能夠改變它的氣流通道面積，從而使得其轉(zhuǎn)速特性會(huì)出現(xiàn)一定的差異。但是，與通道面積不能改變的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速特性比較，對(duì)于推力，燃料消耗率影響因素的變化規(guī)律基本上還是一致的，只需隨通道面積變化的情況做些修正。本課題由于實(shí)力和精力有限，所以研究的是通道面積不變的轉(zhuǎn)速特性性能計(jì)算?？偟膩?lái)說(shuō)，單轉(zhuǎn)子渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)速度特性性能計(jì)算，就是運(yùn)用計(jì)算機(jī)的數(shù)值仿真技術(shù)，在本課題中使用 VB 編程軟件來(lái)分析已知的發(fā)動(dòng)機(jī)數(shù)據(jù)，從而計(jì)算共同工作點(diǎn)，然后再分析并計(jì)算得到速度特性，并通過(guò)程序界面進(jìn)行直觀表達(dá)，從而得出一定的結(jié)論。研究單轉(zhuǎn)子渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速特性，就是研究和提供發(fā)動(dòng)機(jī)推2力和燃油消耗率隨發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的變化規(guī)律，對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)和維修人員對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的驗(yàn)證、驗(yàn)收和使用都能提供一定的幫助，并能節(jié)省發(fā)動(dòng)機(jī)原理研究的時(shí)間和精力、也能夠在評(píng)判分析發(fā)動(dòng)機(jī)性能時(shí)起到作用。1.2 數(shù)值模擬與仿真在當(dāng)今時(shí)代伴隨著計(jì)算機(jī)的發(fā)展和完善，使得計(jì)算機(jī)不僅走進(jìn)了生活中，還在各種各樣的科學(xué)技術(shù)區(qū)域發(fā)揮著不可替代的作用。由于在科學(xué)研究中，各種各樣的實(shí)驗(yàn)往往會(huì)消耗巨大，于是計(jì)算機(jī)仿真便應(yīng)運(yùn)而生，計(jì)算機(jī)仿真的出現(xiàn)不僅是因?yàn)橛?jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，同時(shí)也得力于各種數(shù)學(xué)模型的不斷完善。計(jì)算機(jī)的數(shù)值模擬本身就可當(dāng)成一種實(shí)驗(yàn)，和其他實(shí)驗(yàn)方式一樣，它也有自己的優(yōu)缺點(diǎn)。它的優(yōu)點(diǎn)有：1、數(shù)值模擬比進(jìn)行大量實(shí)驗(yàn)要便宜。2、數(shù)值模擬能更方便地研究各個(gè)因素之間的相互影響，而不需要大量的實(shí)驗(yàn)。當(dāng)然它也有一定的局限性：1、數(shù)值模擬由于它必須受到一定的假設(shè)條件的限制，所以最終的結(jié)果和實(shí)際情況肯定會(huì)不一樣，但是準(zhǔn)確的程序設(shè)計(jì)能減小這種不確定性。2、容易受到計(jì)算機(jī)本身和所編寫程序的限制。本課題所使用的編程程序是微軟公司于上個(gè)世紀(jì)九十年代初所推出的 Visual Basic 應(yīng)用軟件，它是以 Basic 語(yǔ)言為基礎(chǔ)的新一代程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言，而 Visual 指的是圖形用戶界面可視化設(shè)計(jì)，由于 VB 中自帶的各種窗體，因此能夠節(jié)省程序編寫時(shí)所消耗的設(shè)計(jì)時(shí)間，從而大幅度提高程序的開(kāi)發(fā)效率，而且由于它結(jié)合了多種設(shè)計(jì)方法和理念，并提供了大量的程序指令從而使 Visual Basic 可以實(shí)現(xiàn)各種數(shù)據(jù)庫(kù)、圖形和多媒體功能，使用 Visual Basic 可以不用考慮窗口的編寫，所以能夠非常輕松快捷地編寫 Windows 下的各種應(yīng)用程序，無(wú)論是否是專業(yè)的程序設(shè)計(jì)人員，都能迅速學(xué)會(huì)并掌握該程序的操作方法。對(duì)于航空發(fā)動(dòng)機(jī)來(lái)說(shuō)，進(jìn)行計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬，可以將發(fā)動(dòng)機(jī)的理論研究與實(shí)際研究相結(jié)合，不僅可以節(jié)省研究成本，提高研究效率，更可以將多種因素提前模擬減少實(shí)驗(yàn)消耗，因此數(shù)值模擬在進(jìn)行發(fā)動(dòng)機(jī)的研究、設(shè)計(jì)和檢查時(shí)所起到的作用是越來(lái)越大的。3第 2 章 單轉(zhuǎn)子渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速特性2.1 發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速特性發(fā)動(dòng)機(jī)的各種特性將決定發(fā)動(dòng)機(jī)的性能狀態(tài)到底能達(dá)到一個(gè)什么樣的水平，所以它也決定了這一架飛機(jī)最終的性能將會(huì)達(dá)到什么樣的水平。由于發(fā)動(dòng)機(jī)在工作時(shí)要面對(duì)各種各樣的工作條件，所以不可能一直在設(shè)計(jì)點(diǎn)設(shè)計(jì)的狀態(tài)工作，這也就使得發(fā)動(dòng)機(jī)的特性有著更加重要的意義，所以只有研究好發(fā)動(dòng)機(jī)的特性，才能減少發(fā)動(dòng)機(jī)在使用時(shí)出問(wèn)題的概率。由于發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速是靠油門操縱的，所以轉(zhuǎn)速特性又叫做油門特性。轉(zhuǎn)速特性一般是通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)在地面的試驗(yàn)求出的。如果渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)裝有可調(diào)尾噴管、壓氣機(jī)中間級(jí)放氣系統(tǒng)或可調(diào)導(dǎo)向葉片等，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)氣流通道的面積能夠發(fā)生改變，則其轉(zhuǎn)速特性就會(huì)出現(xiàn)一定的差異。但是，與通道面積不能改變的發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速特性比較，對(duì)于推力，燃料消耗率影響因素的變化規(guī)律基本上還是一致的，只需隨通道面積變化的情況做一些修正。2.1.1 推力隨轉(zhuǎn)速變化的情形當(dāng)轉(zhuǎn)速增大時(shí)，空氣流量也成正比增大。單位推力的變化，取決于壓縮效率、發(fā)動(dòng)機(jī)增壓比、膨脹效率、渦輪前燃?xì)鉁囟?、飛行速度和大氣溫度等幾個(gè)因素的變化。在研究發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速特性時(shí)，需要一定的假設(shè)條件如，大氣溫度保持不變；飛行速度為零，發(fā)動(dòng)機(jī)增壓比則是壓氣機(jī)增壓比；同時(shí)，壓縮效率接近壓氣機(jī)效率，膨脹效率接近于渦輪效率，因此發(fā)動(dòng)機(jī)在地面進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)，影響單位推力的因素最后歸納為：渦輪前燃?xì)鉁囟?、壓氣機(jī)增壓比、渦輪效率和壓氣機(jī)效率。當(dāng)轉(zhuǎn)速還不是很高時(shí)，隨著轉(zhuǎn)速的逐漸增大，壓氣機(jī)的增壓比等幾大因素都逐漸增大，這些因素都使單位推力逐漸增大。但是，渦輪前燃?xì)鉁囟葏s下降的相對(duì)較慢，而壓氣機(jī)增壓比、壓氣機(jī)效率增大的較快，對(duì)單位推力有增大作用，但增大較緩慢。在中轉(zhuǎn)速到大轉(zhuǎn)速的范圍內(nèi)，渦輪前燃?xì)鉁囟群蛪簹鈾C(jī)增壓比都隨轉(zhuǎn)速的增大而升高，壓氣機(jī)的效率也隨轉(zhuǎn)速的增大而逐漸升高，在接近最大轉(zhuǎn)速時(shí)又略有下降，但它對(duì)單位推力的影響小。所以，單位推力會(huì)迅速增大。綜上所述，在轉(zhuǎn)速增大的時(shí)候，空氣流量和單位推力都會(huì)逐漸增大，所以推力隨轉(zhuǎn)速的增大而逐漸增大。不過(guò)，轉(zhuǎn)速范圍不同時(shí)，推力增大的程度也各有不同：在中、小轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)增大的較慢，在大轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)增大的較快。42.1.2 燃料消耗率隨轉(zhuǎn)速變化的情形影響燃料消耗率的因素有兩個(gè)：一個(gè)是單位推力；一個(gè)是油氣比，即燃燒室前后溫度差。前面已經(jīng)分析，當(dāng)轉(zhuǎn)速逐漸增加時(shí)，單位推力增大，這就要使燃料消耗率隨著轉(zhuǎn)速的增大而下降。而燃燒室前后溫度差的變化情形，可以分成兩部分來(lái)進(jìn)行說(shuō)明：在慢車到某一中轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，當(dāng)轉(zhuǎn)速逐漸增加時(shí)，渦輪前燃?xì)鉁囟戎饾u下降，壓氣機(jī)出口總溫則因增壓比的增大而逐漸 上升，故燃燒室前后溫度差將隨轉(zhuǎn)速增大而逐漸減小。因此，從慢車到中轉(zhuǎn)速這一段，燃料消耗率隨轉(zhuǎn)速的增加而迅速降低；在某一中轉(zhuǎn)速到大轉(zhuǎn)速的范圍內(nèi)，轉(zhuǎn)速增加時(shí)，渦輪前燃?xì)鉁囟仁窃黾拥?。雖然這時(shí)的壓氣機(jī)出口總溫仍在不斷增加，但是渦輪前燃?xì)鉁囟仍黾拥某潭却笥趬簹鈾C(jī)出口總溫增加的程度，因此燃燒室前后溫度差是隨轉(zhuǎn)速增加而增加，使燃料消耗率增加。雖然單位推力的增加，會(huì)使燃料消耗率降低，但由于燃燒室前后的溫度隨轉(zhuǎn)速的增大而不斷增大，所以它的作用就成為主要的了，所以到接近最大轉(zhuǎn)速時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料消耗率不僅沒(méi)有降低，反而隨轉(zhuǎn)速增加而略有上升。2.2 大氣條件對(duì)轉(zhuǎn)速特性的影響前面主要說(shuō)明了發(fā)動(dòng)機(jī)在地面臺(tái)架上時(shí)的轉(zhuǎn)速特性。由于發(fā)動(dòng)機(jī)在進(jìn)行研究時(shí)的時(shí)間和地點(diǎn)根本不可能相同，所以大氣溫度和大氣壓力也就不可能相同。因此，在發(fā)動(dòng)機(jī)研究時(shí)得到的各種性能的數(shù)據(jù)也不可能出現(xiàn)相同的情況。所以為了判斷發(fā)動(dòng)機(jī)的性能是否符合技術(shù)要求，就必須把試車數(shù)據(jù)換算為標(biāo)準(zhǔn)大氣條件下的數(shù)據(jù)，并將這些數(shù)據(jù)與技術(shù)要求比較，才能得出正確的結(jié)論。2.2.1 大氣溫度對(duì)推力和燃料消耗率的影響同一臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)在不同的大氣溫度下進(jìn)行試車研究時(shí)，實(shí)際上測(cè)得的推力和燃料消耗率是不可能相同的。推力下降那是因?yàn)楫?dāng)大氣壓力相同時(shí)，空氣的密度會(huì)隨著大氣溫度的逐漸升高而逐漸下降，所以會(huì)導(dǎo)致當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速一定時(shí)，流過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)的空氣流量下降，這是因?yàn)榇髿鉁囟仍礁叽髿獾拿芏确炊鴷?huì)降低；同時(shí)，隨著大氣溫度的升高，壓氣機(jī)進(jìn)口處的溫度也會(huì)升高，從而導(dǎo)致壓氣機(jī)增壓比下降。這兩個(gè)因素都會(huì)使發(fā)動(dòng)機(jī)推力減小。兒燃料消耗率增高的原因，則是由于當(dāng)大氣溫度逐漸升高時(shí)，壓氣機(jī)增壓比的下降能夠使發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)熱量的利用率變差，所以會(huì)導(dǎo)致其降低。2.2.2 大氣壓力對(duì)推力和燃料消耗率的影響同一臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)，在大氣溫度不變而大氣壓力不同的情況下進(jìn)行試車，實(shí)際測(cè)得的燃料消耗率相同，但是推力是不同的。因?yàn)榇髿鈮毫ι?，發(fā)動(dòng)機(jī)的推力增大。5有數(shù)據(jù)顯示當(dāng)大氣壓力從 720 毫米汞柱增加至 780 毫米汞柱時(shí)，大氣壓力大概會(huì)變化 8%，推力也會(huì)增加 8%左右。因?yàn)樵谕瑯拥拇髿鉁囟认拢S著大氣壓力的不斷升高，大氣密度會(huì)不斷地增大，所以流過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)的空氣流量也就相應(yīng)的不斷增大，從而使得發(fā)動(dòng)機(jī)的推力也不斷地增大。當(dāng)大氣溫度不變時(shí)，由于壓氣機(jī)的增壓比并沒(méi)有發(fā)生改變，發(fā)動(dòng)機(jī)各截面的壓力會(huì)隨大氣壓力的升高而成比例增加，由于尾噴管出口的大氣壓力也是增大的，所以氣流在尾噴管中的膨脹比并沒(méi)有發(fā)生改變，排氣速度和單位推力都不變，那么受其影響的燃料消耗率也就不會(huì)改變。由于大氣壓力的變化范圍，相對(duì)來(lái)說(shuō)并不算大，但是大氣溫度的變化范圍相對(duì)來(lái)說(shuō)卻很大。所以，大氣壓對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)性能的影響比大氣溫度的所產(chǎn)生的影響要小。2.3 公式推導(dǎo)渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)的推力計(jì)算公式可以憑動(dòng)量方程推導(dǎo)得出。在進(jìn)行渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)推力公式的推導(dǎo)時(shí)要用到以下三點(diǎn)假設(shè)：(1) 進(jìn)氣道的流量系數(shù)等于 1；(2) 發(fā)動(dòng)機(jī)外表面壓力全都與外界的大氣壓力相等；(3) 發(fā)動(dòng)機(jī)外部的氣體的流動(dòng)是種理想狀況，沒(méi)有產(chǎn)生摩擦阻力。圖 2-1 控制體示意圖選擇圖 2-1 所示的控制體。根據(jù)動(dòng)量方程推導(dǎo)，可得到表征發(fā)動(dòng)機(jī)推力的一般公式：(2-1))P-(A+ Vq-=F05am,5g,其中： 為燃?xì)饬髁浚?為噴氣速度， 為空氣流量， 為飛行速度，gmq, a, V為尾噴管面積， 為噴管后靜壓， 為環(huán)境靜壓。 5A5P0P發(fā)動(dòng)機(jī)單位時(shí)間內(nèi)消耗的燃油量稱為燃油消耗量。每秒鐘燃油消耗量的單位為kg/s。對(duì)于推力相等的發(fā)動(dòng)機(jī)，可以使用燃油消耗量來(lái)判斷哪一臺(tái)經(jīng)濟(jì)性更好，燃油消耗量小的表示經(jīng)濟(jì)性更好；但是，對(duì)于推力不相等的發(fā)動(dòng)機(jī)，他就不能用來(lái)表明發(fā)動(dòng)機(jī)的經(jīng)濟(jì)性如何。因此，必須引入單位燃油消耗率，才能夠?qū)膳_(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)有了一個(gè)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)從而能夠準(zhǔn)確比較發(fā)動(dòng)機(jī)經(jīng)濟(jì)性能的高低。單位燃油消耗率 sfc 就是產(chǎn)生 1 牛頓的推力每小時(shí)所需的燃油量。它的表達(dá)式為:6(2-2)Fsfcqfm,360?其中： 為燃油流量， 為發(fā)動(dòng)機(jī)推力。fmq,2.3.1 相似的概念與參數(shù)換算在對(duì)渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)的性能參數(shù)進(jìn)行換算時(shí)，需要用到幾何相似、運(yùn)動(dòng)相似、動(dòng)力相似。這是因?yàn)榘l(fā)動(dòng)機(jī)的工作狀態(tài)與設(shè)計(jì)狀態(tài)是會(huì)有一定的差別的。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)處于相似狀態(tài)下工作時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速 n 等性能參數(shù)的絕對(duì)值一般各不相同，但是他們的相似參數(shù)則保持不變 。這些相似參數(shù)的推導(dǎo)結(jié)果如下：（1）發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的相似參數(shù)： ；*0/nT（2）通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)空氣流量 qm,a的相似參數(shù)： ；*0,/)qpTam（（3）發(fā)動(dòng)機(jī)單位推力 Fs的相似參數(shù)： ；*0s/F（4）發(fā)動(dòng)機(jī)推力 F 的相似參數(shù)： ；*p（5）燃油消耗率 sfc 的相似參數(shù)： 0/fc（6）燃油流量 qm,f的相似參數(shù)： )(q*m,T為了選取一種更標(biāo)準(zhǔn)的換算參數(shù)的背景環(huán)境，即為一組總溫、總壓，所以選擇標(biāo)準(zhǔn)大氣條件，即為總溫 288 開(kāi)氏溫度、總壓 760 毫米汞柱，將參數(shù)轉(zhuǎn)換為這一狀態(tài)下的相似參數(shù)，即為發(fā)動(dòng)機(jī)各性能參數(shù)的換算參數(shù)。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)在相似狀態(tài)下工作時(shí)，可以得到一組發(fā)動(dòng)機(jī)性能參數(shù)的換算公式：（1）轉(zhuǎn)速換算關(guān)系式為：（2-*028nTcor?3）（2）空氣流量換算關(guān)系式為：（ 2-28760q*, Tpmacora?4）（3）推力換算關(guān)系式為：（ 2-*0cor76pF?75）（4）燃油消耗率換算關(guān)系式為：（2-*028sfcTfor?6）（5）燃油流量換算關(guān)系式為：（2-*0, 2876qTpmfcorf?7）上面這些換算關(guān)系式可以理解為，發(fā)動(dòng)機(jī)在一定的大氣條件下工作時(shí)，測(cè)得的發(fā)動(dòng)機(jī)性能數(shù)據(jù)為 qma、F、sfc 、q mf；此時(shí)的工作狀態(tài)與標(biāo)況下發(fā)動(dòng)機(jī)以轉(zhuǎn)速 ncor 工作狀態(tài)是相似的，發(fā)動(dòng)機(jī)在標(biāo)況下以轉(zhuǎn)速 ncor工作時(shí)所測(cè)得的性能數(shù)據(jù)應(yīng)是根據(jù)上述式計(jì)算得到的 qma,cor、F cor、sfc cor 和 qmf,cor。當(dāng)然，從定義以及上式換算公式不難看出，僅對(duì)當(dāng)前狀態(tài)而言，將參數(shù)轉(zhuǎn)化為換算參數(shù)，在數(shù)值上的表現(xiàn)為分別乘以了對(duì)一個(gè)的一個(gè)當(dāng)下特定的比值常量。利用當(dāng)前直接參數(shù)的值或者換算參數(shù)的值所作出的圖形表達(dá)的效果是一樣的，只是相當(dāng)于給定的初始數(shù)據(jù)的大小有一定的比例關(guān)系而已。2.3.2 共同工作的含義及方程的推導(dǎo)發(fā)動(dòng)機(jī)由幾大部件組合在一起，然后共同工作，一起完成工作要求。通常把燃?xì)獍l(fā)生器的共同工作，稱為壓氣機(jī)和渦輪的共同工作，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)某部件的工作情況出現(xiàn)變化時(shí)，通常都是通過(guò)壓氣機(jī)與渦輪的共同工作影響發(fā)動(dòng)機(jī)的性能。并且，對(duì)每一個(gè)單獨(dú)的部件來(lái)講，任何一個(gè)其它部件工作狀態(tài)的改變都將影響到該部件的工作狀態(tài)。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)正常工作時(shí)，壓氣機(jī)和渦輪組成的轉(zhuǎn)子不停地轉(zhuǎn)動(dòng)，按轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)的情況，可以把發(fā)動(dòng)機(jī)的工作分為穩(wěn)定和過(guò)渡兩種狀態(tài)。發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速穩(wěn)定不變的持續(xù)的工作狀態(tài)被稱為穩(wěn)態(tài)；轉(zhuǎn)速有變化的狀態(tài)則是過(guò)渡態(tài)。共同工作因而分為，穩(wěn)定工作狀態(tài)的共同工作，和過(guò)渡工作狀態(tài)下的共同工作。發(fā)動(dòng)機(jī)在工作時(shí)各個(gè)部件的變化相互制約、相互影響，經(jīng)過(guò)一系列過(guò)程而達(dá)到新的共同工作狀態(tài)。壓氣機(jī)和渦輪在穩(wěn)態(tài)下工作需要滿足如下條件：(1) 轉(zhuǎn)速一致：?jiǎn)屋S渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)的壓氣機(jī)和渦輪用一根軸連接，因此轉(zhuǎn)速一致，即：(2-8)nTc?8(2) 流量連續(xù)：進(jìn)入壓氣機(jī)的空氣，被壓氣機(jī)壓縮后，在燃燒室中與燃油混合燃燒，再被排出，其流量應(yīng)該是連續(xù)的。(2-9)qam,,β?g其中，(2-10)????colf?1(3) 壓力平衡：(2-11)Pb*3??(4) 功率平衡：壓氣機(jī)是由渦輪帶動(dòng)工作的，所以只有當(dāng)渦輪提供給壓氣機(jī)的功率與壓氣機(jī)壓縮空氣所消耗的功率平衡時(shí)壓氣機(jī)和渦輪才能在某轉(zhuǎn)速下穩(wěn)定工作，即：(2-12)?mTcN?考慮到：(2-13)wqcamc,(2-14)TaTg?,,?所以：(2-15)?mTc根據(jù)壓氣機(jī)和渦輪流量連續(xù)有：(2-16)????????1*1,*3', qKqAPAPamttgm?(2-17)1*1*32' Tttb(2-18)????APqDqKtbttc *131*31'*12 ??????9并且可以取(2-19)1'?K(2-20)??1?q(2-21)??tb(2-22)AtD1整理變形可得：(2-23)PTqmcC81*3*??根據(jù)壓氣機(jī)和渦輪功率平衡有：(2-24)??mTcw?(2-25)?????????1*1???cR(2-26)????*1*3TT?????????令(2-27)eT*1??????????(2-28)?1*?c(2-29)??*3*1ceTB?式中 主要反映渦輪落壓比 的影響。B*?當(dāng) 常數(shù)時(shí)， 常數(shù)，所以 常數(shù)。?*T??*Te?B10將上式帶入流量連續(xù)得到的式（2-24）中，得：(2-30)??????1*Cqcce??時(shí)，當(dāng) 常數(shù)時(shí)， 常數(shù)， 主要反映渦輪落壓比 和面積比BDC??*T? *T?的影響。tA1該公式是在當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)在穩(wěn)定的工作狀態(tài)，確定的調(diào)節(jié)規(guī)律下，并滿足壓力平衡、轉(zhuǎn)速一致、流量一致、功率平衡時(shí)獲得的。它表示了發(fā)動(dòng)機(jī)各個(gè)工作部件之間的關(guān)系。繪制共同工作線可采用試湊法。先是在壓氣機(jī)特性圖中的一個(gè)等換算轉(zhuǎn)速線上任取一點(diǎn)，讀出該點(diǎn)的增壓比、壓氣機(jī)效率、空氣流量的值，并帶入上式，求出 C與 Cd 比較，看是否相等，如果不相等，則另選一點(diǎn)繼續(xù)計(jì)算直至相等。最后將這些點(diǎn)連起來(lái)就是共同工作線了。2.3.3 各站位參數(shù)的推導(dǎo)計(jì)算發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速特性，就要保證飛行高度和飛行速度不變。在一定的轉(zhuǎn)速下，根據(jù)相對(duì)應(yīng)的增壓比、流量、效率，進(jìn)行推力和燃油消耗率的計(jì)算這一步就要用到原理的公式。然后，計(jì)算一定的轉(zhuǎn)速范圍下所對(duì)應(yīng)的推力和燃油消耗率，并把畫出平滑的曲線。圖 2-2 單轉(zhuǎn)子渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)站位11其中已知量為，各設(shè)計(jì)點(diǎn)的參數(shù)。首先，根據(jù)設(shè)計(jì)點(diǎn)參數(shù)，取出一個(gè)相似轉(zhuǎn)速 ，根據(jù)共同工作線方程、即 、n*c?、 與 的對(duì)應(yīng)關(guān)系，由擬合出的函數(shù)關(guān)系式，得出該點(diǎn)下增壓比 、效率*c????qn、流量參數(shù) 。然后，將這些值帶入方程，進(jìn)行演算，得出對(duì)應(yīng)的推力和燃油消耗率。然后不斷循環(huán)計(jì)算過(guò)程，最終作出推力和燃油消耗率隨轉(zhuǎn)速變化的關(guān)系圖。渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)各截面參數(shù)：（1）未擾動(dòng)位置的溫度和壓力當(dāng) H11km 時(shí)（在對(duì)流層）：(2-31)KHT,5.61.280??(2-32)??PaP,308.43253.0當(dāng) H 11km 時(shí)（在同溫層）：?（2-KT7.2160?33）(2-34)PaePH,1027.538.60??也可根據(jù)飛行高度查閱數(shù)據(jù)表格得到大氣溫度和壓力。聲速：(2-35)TkR00?氣流速度：(2-36)MaV00?進(jìn)氣道進(jìn)口的氣流總壓和總溫為：(2-37)1200*1?????????kP12(2-38)?????????MaTk200*1（2）進(jìn)氣道出口總壓和總溫進(jìn)氣道總壓恢復(fù)系數(shù) 可近似估算：i?時(shí)，0.1?Ma（2-maxii?39）時(shí)，0.51??a（2-????35.10max7.1??Mii?40）進(jìn)氣道出口總壓和總溫為：（2-Pi*0*1?41）（2-T*0142）（3）壓氣機(jī)出口氣流參數(shù)（2-Pc*12??43）（2-44）??????????*1*12cT（4）燃燒室出口氣流參數(shù)（2-45）Pb*2*3??（2-46）Td*,3（5）單位質(zhì)量空氣的供油量（油氣比）已知燃燒室進(jìn)、出口處的總溫 、 ，燃燒室放熱系數(shù) ，可求出單位質(zhì)量*23b?13空氣所需油量 。f根據(jù) 和 查表得（在實(shí)際 ， ， 的程序中，這里使用 Excel 擬合出*2T3*2ah3*H的關(guān)系函數(shù)）：， ， ；*2ah3*H則有：（2-47）haubaf*23*????（6）渦輪出口氣流參數(shù)（2-48）????mcolpTf?1' **（2-49）T*3*4??（2-50）1*3*???????????TT（2-51）*3*4/TP?（7）噴管出口氣流參數(shù)在進(jìn)行計(jì)算時(shí)，一般首先要判別其工作狀態(tài)。根據(jù)噴管 與0*5Pb??進(jìn)行比較：??85.1?cr?（2-52）?eP*45?（2-53）T*451)若 ，則噴管處于超臨界工作狀態(tài)：85.10*??Pb?（2-54）15?Ma14（2-55）15??（2-56）TV55.8（2-57）??qqamcolamgf,,, 1????（2-58）?5*,5qKPAg推力和單位推力（2-59）??????????150*5fF（2-60）am,qs2)若 ，則氣流在噴管中完全膨脹：85.10*??Pb?（2-61）P05?（2-62）??????????1925*5?eMae（2-63）125*51?????????Te（2-64）aRe55?（2-65）MV55?推力和單位推力（2-66）??VqFmcolmf051???15（2-67）qFmas?（8）燃油消耗率（2-68）??scolfsfc???1360根據(jù)轉(zhuǎn)速特性的定義，所以在程序的計(jì)算過(guò)程中，這是一個(gè)不斷反復(fù)重復(fù)的過(guò)程。就是由一些列的初值經(jīng)過(guò)該算法流程，得出一些列的結(jié)果。并將結(jié)果以坐標(biāo)曲線的形式體現(xiàn)，即得到單轉(zhuǎn)子渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速特性性能的規(guī)律圖。16第 3 章 程序說(shuō)明3.1 VB 程序介紹在 VB 中設(shè)計(jì)程序，是以面向?qū)ο鬄橹?，以面向過(guò)程為輔的設(shè)計(jì)模式。面向?qū)ο笫且詫?duì)象為中心設(shè)計(jì)程序，面向過(guò)程是建立在結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，將程序設(shè)計(jì)成多個(gè)相對(duì)獨(dú)立、功能單一的模塊或過(guò)程。結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)的三種基本結(jié)構(gòu)：順序結(jié)構(gòu)、選擇結(jié)構(gòu)、循環(huán)結(jié)構(gòu)，在 VB 程序設(shè)計(jì)中，仍然作為基本控制結(jié)構(gòu)。對(duì)于整個(gè)程序來(lái)說(shuō)，要先進(jìn)行共同工作線的計(jì)算，然后才能進(jìn)行轉(zhuǎn)速特性線的計(jì)算。在對(duì)各個(gè)變量進(jìn)行賦值時(shí)，可以通過(guò)查閱各處的資料來(lái)確定，但同時(shí)也要注意符合實(shí)際情況和實(shí)驗(yàn)要求，也就是說(shuō)在選擇時(shí)，可進(jìn)行嘗試，最后選最合適的賦值。在進(jìn)行程序設(shè)計(jì)時(shí)，要小心謹(jǐn)慎地進(jìn)行編寫，這樣才能減少出錯(cuò)的概率，才能保證得到的結(jié)果是正確的。3.2 共同工作界面的說(shuō)明首先要對(duì)變量進(jìn)行定義，其中“%”表示短整型變量 ；“！”表示單精度浮點(diǎn)型“&”表示長(zhǎng)整型變量。然后要對(duì) 、 、 、 、 、 進(jìn)行賦值。*cπ ?*1T3)(q?dC而“計(jì)算 Cd”命令框則是先通過(guò) val 函數(shù)將一個(gè)數(shù)據(jù)行變量轉(zhuǎn)換成長(zhǎng)整型變量，再通過(guò)公式來(lái)計(jì)算 Cd 值，并與之后通過(guò)試湊法找共同工作點(diǎn)時(shí)所計(jì)算出來(lái)的 C 值作比較，從而確定共同工作點(diǎn)?！拜d入數(shù)據(jù)”這一命令框，要先將 Excel 中的數(shù)據(jù)調(diào)用到 VB 程序中儲(chǔ)存起來(lái)。在 VB 中使用 Excel，首先要在 VB 的“工程”菜單欄中使用“引用”選項(xiàng)，然后在里面勾選“Microsoft Excel 12.0 Object Library”。要特別說(shuō)明的是，選項(xiàng)里的 Excel版本號(hào)會(huì)因電腦里的不同而不同。在調(diào)用完 Excel 后，因?yàn)?Excel 是以層次結(jié)構(gòu)組織對(duì)象的，其對(duì)象模型中含有許多不同的對(duì)象元素。不僅要對(duì) Excel 本身進(jìn)行定義，還要對(duì)工作簿和工作表格全都進(jìn)行定義，其實(shí)這一步雖然看起來(lái)一步步地十分繁瑣，但是這確是必不可少的一步定義，否則將無(wú)法引用 Excel。然后，打開(kāi)所需的指定目錄下的指定文件。把對(duì)應(yīng)的 Excel 文件放在本程序的目錄下，這樣就能夠防止 VB程序因無(wú)法打開(kāi) Excel 表格而報(bào)錯(cuò)。 Picturel 命令則是在畫橫縱坐標(biāo)軸，并將儲(chǔ)存好的數(shù)據(jù)，通過(guò)橫縱坐標(biāo)畫在坐標(biāo)軸中，其中橫坐標(biāo)為換算流量，縱坐標(biāo)為增壓比。在選取數(shù)據(jù)范圍時(shí)要注意開(kāi)始與結(jié)束的行列數(shù)，以免出現(xiàn)漏選的情況。“特性線”命令框中主要是運(yùn)用了牛頓插值法來(lái)畫出特性線。假設(shè)有兩個(gè)點(diǎn) 和)x(,0f（ )x(,1f（假設(shè) （3-)(f101bx???171）令 ，則可得出)(f11x?（3-2）01b?（3-)(f)(f)( 00101 xxx???3）接下來(lái)如果再增加一個(gè)點(diǎn) ，假設(shè) （3-)(,2xf（ )()(f10212 xbx???4）令 ，可得出)x(f22?（（3-0201122])([][bxff?5）（3-)(])(f[])(f[)(f)(f)( 002101200102 xxxxx ??????6）然后隨著數(shù)據(jù)點(diǎn)數(shù)的增加以此類推。牛頓插值法具有承襲性的優(yōu)勢(shì)，即在增加額外的插值點(diǎn)時(shí)，可以利用之前的運(yùn)算結(jié)果以降低運(yùn)算量，但是由于需要計(jì)算大量的數(shù)據(jù)點(diǎn)，所以相對(duì)來(lái)說(shuō)計(jì)算速度會(huì)比直接連線慢。為了方便調(diào)用牛頓插值法，本程序還添加了一個(gè)模塊，通過(guò)這個(gè)模塊來(lái)儲(chǔ)存牛頓插值法，這樣能夠更加方便地在幾個(gè)程序間進(jìn)行使用。“共同工作線”命令框，先要定義兩個(gè)數(shù)組，一個(gè)用來(lái)存放共同工作點(diǎn)，另一18圖 3-1 共同工作線示意圖個(gè)則用來(lái)存放計(jì)算出來(lái)的 C 值。在計(jì)算 C 值時(shí)，采用與 Cd 值做差的方法來(lái)進(jìn)行比較，如果等于零則說(shuō)明該數(shù)據(jù)點(diǎn)為共同工作點(diǎn)。然后在每一條特性線上尋找共同工作點(diǎn)，先是要選取兩個(gè)相鄰的數(shù)據(jù)點(diǎn)，計(jì)算出它們的 C 值與 Cd 值得差，然后相乘，若結(jié)果為零，則兩點(diǎn)中必有一點(diǎn)是共同工作點(diǎn)分類討論即可；若為負(fù)，則共同工作點(diǎn)在這兩點(diǎn)之間；若為正，則兩點(diǎn)間沒(méi)有共同工作點(diǎn)。當(dāng)乘積為負(fù)時(shí)，可采用二分法繼續(xù)進(jìn)行計(jì)算直到找到共同工作點(diǎn)，或者是相差很小的點(diǎn)。最后再將找出的共同工作點(diǎn)連接起來(lái)，畫出共同工作線。在進(jìn)行這一步時(shí)，需要對(duì)所有轉(zhuǎn)速線進(jìn)行相同的運(yùn)算，通過(guò)循環(huán)語(yǔ)句的使用，可以降低計(jì)算機(jī)的計(jì)算量、提高程序的效率和準(zhǔn)確率，所以對(duì)一條特性線進(jìn)行計(jì)算時(shí)，先要確定在其中否有共同工作點(diǎn)，沒(méi)有的話，跳到下一條，以避免不必要的運(yùn)算；在程序編寫的過(guò)程中，使用循環(huán)語(yǔ)句、條件語(yǔ)句的相互嵌套進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。最后得出如圖 3-1 的共同工作線。為了使得到的共同工作點(diǎn)傳遞到另一個(gè)工作框中，將得到的共同工作點(diǎn)數(shù)據(jù)先傳遞到 Excel 中，然后再調(diào)用出來(lái)。具體的使用過(guò)程包括 VB 新建 Excel、VB 對(duì)Excel 的調(diào)用、單元格數(shù)據(jù)以數(shù)組方式的提取。3.3 轉(zhuǎn)速特性界面的說(shuō)明對(duì)于 form3 也是先對(duì)各個(gè)變量進(jìn)行定義，然后再賦值,畫坐標(biāo)軸。 “n→F”命令框是用來(lái)畫出隨著轉(zhuǎn)速的變化，推力會(huì)如何變化。對(duì)于各參數(shù)賦值如何確定，一部分?jǐn)?shù)值直接來(lái)自于共同工作界面設(shè)計(jì)點(diǎn)參數(shù)值，它是根據(jù)課題所給定的設(shè)計(jì)參數(shù)和輸出結(jié)果反饋而確定的；還有一部分則是根19圖 3-2 轉(zhuǎn)速特性線示意圖據(jù)理論的各類教材中的一些實(shí)例確定的；第三部分，飛行高度和飛行馬赫數(shù)是根據(jù)所查到的例子確定的；而轉(zhuǎn)速的變化范圍，則是通過(guò)共同工作界面?zhèn)鬟f來(lái)的數(shù)據(jù)而確定的，這是一個(gè)是可變的量，所以只是確定了一個(gè)變化的范圍。在完成賦值并建立好坐標(biāo)系之后就可以開(kāi)始進(jìn)入計(jì)算階段了，然后程序會(huì)調(diào)用之前賦值好的變量，并以循環(huán)計(jì)算的方式帶入到設(shè)定好的代碼公式中，從而得到一個(gè)個(gè)的數(shù)據(jù)點(diǎn)，形成連線。點(diǎn)擊“n→F”命令按鈕，程序會(huì)繪出單轉(zhuǎn)子渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的推力隨轉(zhuǎn)速變化的關(guān)系圖；點(diǎn)擊“n→sfc”命令按鈕，程序會(huì)繪出燃油消耗率隨轉(zhuǎn)速變化的關(guān)系圖。這是課題研究的目標(biāo)與成果的直觀體現(xiàn)。 “清除圖線”命令框則可以清除推力和燃油消耗率的圖線，但是坐標(biāo)系會(huì)被保留下來(lái)，從而可以單獨(dú)觀察某一條曲線的變化情況。通過(guò)與“n→F”和“n→sfc ”命令框，可以分別或同時(shí)顯示這兩條曲線的變化關(guān)系，能夠更加直觀的觀察到實(shí)驗(yàn)的結(jié)果。在進(jìn)行圖像的繪制時(shí)，同樣也運(yùn)用到了牛頓插值法，這是因?yàn)樗瑯邮峭ㄟ^(guò)一個(gè)個(gè)點(diǎn)繪出一條曲線，所以運(yùn)用插值法會(huì)更加精確，但是會(huì)畫的較慢。最后得出如圖 3-2 的轉(zhuǎn)速特性線。在程序的控制界面，如果只看命令框的話會(huì)感覺(jué)十分簡(jiǎn)潔明了，這就是 VB 程序的一大優(yōu)點(diǎn)，但其實(shí)它的程序編寫并沒(méi)有想象中的那么簡(jiǎn)單容易，不僅要考慮發(fā)動(dòng)機(jī)原理中的知識(shí)還要考慮程序編寫時(shí)邏輯上的步驟，在程序編寫的時(shí)候，光變量的賦值就有幾十個(gè)，一旦其中的任何一個(gè)輸入錯(cuò)誤，那么就有可能對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生較大的影響。所以，這就要求在進(jìn)行程序上的編寫時(shí)一定要認(rèn)真仔細(xì)，最好能先在草稿紙上把程序邏輯先寫一遍，捋清楚各個(gè)公式之間的關(guān)系，這樣才能減少出錯(cuò)的概率，同時(shí)也是在減少工作量。20第 4 章 結(jié)論4.1 研究結(jié)果分析發(fā)動(dòng)機(jī)的各種特性將決定發(fā)動(dòng)機(jī)的性能狀態(tài)到底能達(dá)到一個(gè)什么樣的水平，也決定了這一架飛機(jī)最終的性能會(huì)達(dá)到什么樣的水平。由于發(fā)動(dòng)機(jī)在工作時(shí)要面對(duì)各種各樣的工作條件，所以不可能一直在設(shè)計(jì)點(diǎn)設(shè)計(jì)的狀態(tài)工作，這也就使得發(fā)動(dòng)機(jī)的特性有著更加重要的意義，研究好發(fā)動(dòng)機(jī)的特性，可以減少發(fā)動(dòng)機(jī)在使用時(shí)出現(xiàn)故障的概率。單軸渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)是由五大部件共同構(gòu)成，是一個(gè)有序統(tǒng)一的整體，工作時(shí)相互聯(lián)系不可分割，所以對(duì)于一臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)來(lái)說(shuō)若想正常工作就必須保證這幾大部件能夠協(xié)調(diào)工作。但是，對(duì)于其中某一個(gè)單獨(dú)的系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，這個(gè)系統(tǒng)的工作狀態(tài)會(huì)受到其他系統(tǒng)的影響和制約。由于一般民用航空發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣道和噴管都是不可調(diào)的，所以各部件共同工作的研究，其實(shí)就是對(duì)壓氣機(jī)和渦輪共同工作的研究。在計(jì)算時(shí)，為了得到合適的共同工作數(shù)據(jù)，需要不斷地嘗試各種設(shè)計(jì)點(diǎn)數(shù)據(jù)從眾找到最合適的，在給定了壓氣機(jī)設(shè)計(jì)效率和設(shè)計(jì)相似流量參數(shù)后，通過(guò)改變?cè)O(shè)計(jì)增壓比來(lái)得到更多的共同工作點(diǎn)，然后根據(jù)所給的數(shù)據(jù)作出了共同工作線。最后，又進(jìn)一步進(jìn)行了發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速特性的研究。通過(guò)程序的運(yùn)行結(jié)果不難看出：1、推力隨轉(zhuǎn)速的增大而一直增大；2、燃油消耗率隨轉(zhuǎn)速的增大而減小。當(dāng)接近最大轉(zhuǎn)速時(shí)，燃油消耗率又略有增大。對(duì)上述結(jié)果進(jìn)行分析。首先要知道影響單位推力的因素有：渦輪前燃?xì)鉁囟?、壓氣機(jī)增壓比、渦輪效率和壓氣機(jī)效率。當(dāng)轉(zhuǎn)速增大時(shí)，空氣流量也成正比增大。在轉(zhuǎn)速增大的時(shí)候，空氣流量和單位推力都會(huì)逐漸增大，所以推力隨轉(zhuǎn)速的增大而逐漸增大。不過(guò)，轉(zhuǎn)速范圍不同時(shí)，推力增大的程度也各有不同：在中、小轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)增大的較慢，在大轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)增大的較快。影響燃料消耗率的因素有兩個(gè)：一個(gè)是單位推力；一個(gè)是油氣比，即燃燒室前后溫度差。當(dāng)轉(zhuǎn)速逐漸增加時(shí)，單位推力增大，這就要使燃料消耗率隨著轉(zhuǎn)速的增大而下降。而燃燒室前后溫度差的變化情形，可以分成兩部分來(lái)進(jìn)行說(shuō)明：在慢車到某一中轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，當(dāng)轉(zhuǎn)速逐漸增加時(shí)，渦輪前燃?xì)鉁囟戎饾u下降，壓氣機(jī)出口總溫則因增壓比的增大而逐漸上升，故燃燒室前后溫度差將隨轉(zhuǎn)速增大而逐漸減小。因此，從慢車到中轉(zhuǎn)速這一段，燃料消耗率隨轉(zhuǎn)速的增加而迅速降低；在某一中轉(zhuǎn)速到大轉(zhuǎn)速的范圍內(nèi)，轉(zhuǎn)速增加時(shí)，渦輪前燃?xì)鉁囟仁窃黾拥?。雖然這時(shí)的壓氣機(jī)出口總溫仍在不斷增加，但是渦輪前燃?xì)鉁囟仍黾拥某潭却笥趬簹鈾C(jī)出口總溫增加21的程度，因此燃燒室前后溫度差是隨轉(zhuǎn)速增加而增加，使燃料消耗率增加。雖然單位推力的增加，會(huì)使燃料消耗率降低，但由于燃燒室前后的溫度隨轉(zhuǎn)速的增大而不斷增大，所以它的作用就成為主要的了，所以到接近最大轉(zhuǎn)速時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料消耗率不僅沒(méi)有降低，反而隨轉(zhuǎn)速增加而略有上升。 4.2 研究展望通過(guò)數(shù)值模擬的方式方法，進(jìn)行編程計(jì)算，然后來(lái)研究單軸渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速特性性能，根據(jù)轉(zhuǎn)速特性的定義，所以在程序的計(jì)算過(guò)程中，這是一個(gè)不斷反復(fù)重復(fù)的過(guò)程。就是由一些列的初值經(jīng)過(guò)該算法流程，得出一些列的結(jié)果。并將結(jié)果以坐標(biāo)曲線的形式體現(xiàn)，即得到單轉(zhuǎn)子渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速特性性能的規(guī)律圖。這不僅可以將發(fā)動(dòng)機(jī)的理論研究與實(shí)際研究相結(jié)合，也可以節(jié)省研究成本，提高研究效率，更可以將多種因素提前模擬減少實(shí)驗(yàn)消耗，還能通過(guò)更改數(shù)據(jù)進(jìn)行多種情況的設(shè)計(jì)與計(jì)算，但是要注意在進(jìn)行程序的編寫時(shí)一定不能出差錯(cuò)，否則最后會(huì)影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果。因此數(shù)值模擬在進(jìn)行發(fā)動(dòng)機(jī)的研究、設(shè)計(jì)和檢查時(shí)所起到的作用是越來(lái)越重要的。現(xiàn)如今可見(jiàn)國(guó)外在發(fā)動(dòng)機(jī)領(lǐng)域所掌握的技術(shù)已經(jīng)十分成熟，并逐漸向各個(gè)領(lǐng)域的方向發(fā)展。而國(guó)內(nèi)現(xiàn)在也是加緊了追趕的腳步，通過(guò)自主創(chuàng)新，和科研人員的努力不斷提升在航空領(lǐng)域的科學(xué)技術(shù)，研發(fā)新一代的發(fā)動(dòng)機(jī)，努力加速追趕與國(guó)外的差距。而通過(guò)計(jì)算機(jī)數(shù)值仿真的方式進(jìn)行發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)領(lǐng)域的研究和計(jì)算，可以避免試驗(yàn)方式研究所需的巨額花費(fèi)，而且效率高，可重復(fù)性好，對(duì)于國(guó)家在航空技術(shù)領(lǐng)域的研究有十分重要意義。22參考文獻(xiàn)[1] 瞿紅春，林兆福．民用航空燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)原理．北京：兵器工業(yè)出版社，2006．[2] 駱廣琦，桑增產(chǎn)等．航空燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)數(shù)值仿真．北京：國(guó)防工業(yè)出版社，2007．[3] 辛本柱等．Visual Basic 從入門到實(shí)踐．北京：清華大學(xué)出版社，2009．[4] 張群，黃希橋，范瑋．北京：國(guó)防工業(yè)出版社，2015[5] 張國(guó)生．Visual Basic 程序設(shè)計(jì)教程．北京：清華大學(xué)出版社，2015．[6] 廉筱純，吳虎．航空發(fā)動(dòng)機(jī)原理．西安：西北工業(yè)大學(xué)出版社，2005．[7] 許薇，方修豐．Visual Basic 程序設(shè)計(jì)教程．北京：清華大學(xué)出版社，2008．[8] 陳忠軍，劉熊．燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)基礎(chǔ)．北京：中國(guó)民航出版社，2014．[9] 楚武利，劉前智等．航空葉片機(jī)原理．西安：西北工業(yè)大學(xué)出版社，2009．[10]David Kincaid．Numerical Analysis Mathematics of Scientific Computing．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2003．23致謝時(shí)光飛逝，轉(zhuǎn)眼間四年緊張而又充實(shí)的大學(xué)生生活即將畫上句號(hào)。在這四年的學(xué)習(xí)期間，我得到了很多老師、同學(xué)和朋友的關(guān)懷和幫忙。在學(xué)位論文即將完成之際，我要向所有期間給予我支持、幫忙和鼓勵(lì)的人表示我最誠(chéng)摯的謝意。我的畢設(shè)導(dǎo)師張銀波老師是我們大三時(shí)的發(fā)動(dòng)機(jī)原理課程的老師，在這一個(gè)學(xué)期的學(xué)習(xí)中，我們不僅在張老師的教導(dǎo)下對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)原理這門專業(yè)課進(jìn)行了系統(tǒng)的學(xué)習(xí)，也了解到張老師的授課風(fēng)格。張老師不僅認(rèn)真負(fù)責(zé)，而且能將專業(yè)知識(shí)或問(wèn)題表達(dá)的很清晰，使我們更容易理解和接受。在選畢業(yè)設(shè)計(jì)課題的時(shí)候，我們就征詢張老師對(duì)我的選題建議，并最終如愿選得張老師的這一課題。張老師不僅幫助我們對(duì)論文進(jìn)行了分析和講解，還對(duì)思路方法做了解釋，給我們指明了方向，在做畢設(shè)的過(guò)程中，張老師也能有耐心地幫助我們，幫我們 解決問(wèn)題。然后，還要感謝我的同學(xué)們。在做畢業(yè)設(shè)計(jì)期間，我和董力、楊璐兩位同學(xué)一起研究發(fā)動(dòng)機(jī)特性的相關(guān)知識(shí)，一起研究 VB 程序如何編寫和應(yīng)用。通過(guò)和這兩位同學(xué)一起研究學(xué)習(xí)，我對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速特性的理解更加深刻了，同時(shí)也能更加熟練地運(yùn)用軟件編寫程序。也要感謝參考文獻(xiàn)中的作者們，透過(guò)他們的研究文章，使我對(duì)研究課題有了很好的出發(fā)點(diǎn)。最后，感謝我的家人在此期間給予我的包容、關(guān)愛(ài)和鼓勵(lì)，以及所有陪我一路走來(lái)的所有老師和同學(xué)，正是由于他們的支持和照顧，我才能安心學(xué)習(xí)，并順利完成我的學(xué)業(yè)。畢業(yè)在即，在今后的工作和生活中，我會(huì)銘記師長(zhǎng)們的教誨，繼續(xù)不懈努力和追求，來(lái)報(bào)答所有支持和幫助過(guò)我的人!24附錄 A：程序清單牛頓插值法的應(yīng)用：Public Function newtonczfun(a() As Double, u As Single) As DoubleDim n As Integer, i As Integer, j As Integer, k As IntegerDim z() As Double, f() As Double, v As Doublen = UBound(a, 2)ReDim z(n), f(n)For i = 0 To nz(i) = a(1, i)NextFor i = 1 To nk = k + 1For j = i To nf(j) = (z(j) - z(j - 1)) / (a(0, j) - a(0, j - k))NextFor j = i To nz(j) = f(j)NextNextf(0) = a(1, 0)v = 0For i = n To 0 Step -1v = v * (u - a(0, i)) + f(i)Nextnewtonczfun = vEnd Function畫出特性線：Private Sub Command4_Click()Dim x!Dim y!Dim j%Dim i%Dim cz(1, 1) As Double25For j = 0 To 24For i = 1 To 6cz(0, 0) = sz(i + 8, j)cz(0, 1) = sz(i + 9, j)cz(1, 0) = sz(i, j)cz(1, 1) = sz(i + 1, j)For x = sz(i + 8, j) To sz(i + 9, j) Step 0.00001y = newtonczfun(cz(), x)Picture1.PSet (x, y)NextNextcz(0, 0) = sz(15, j)cz(0, 1) = sz(16, j)cz(1, 0) = sz(7, j)cz(1, 1) = sz(8, j)For x = sz(15, j) To sz(16, j) Step 0.00001y = newtonczfun(cz(), x)Picture1.PSet (x, y)NextNext jEnd Sub26附錄 B：外文翻譯資料Article Source From：Rolls-Royce plc 2010. Use or disclosure is subject to the legend on the Notice to Holder page.Section 4 Full Authority Digital Engine ControlTrent 900 Line and Base MaintenanceFADEC SystemIntroductionA Full Authority Digital Engine Control system(FADEC),together with the aircraft systems,provides control for engine starting,shut down,power management and engine instrumentation.The FADEC system is made of sub-systems working together to form a closed loop control system,maintaining efficient engine operation.The two channel Engine Electronic Controller(EEC) uses embedded software to control functions.It also has segregated and duplicated electrical circuits for engine sensors,actuators and digital data busses to aircraft systems.FADEC is used for engine control of the following:Fuel Metering ValveMinimum pressure and shut-off valveVSV actuatorsHanding bleed valvesIgnitionStarting:starter control valve and pneumatic starterTurbine Case CoolingHydraulic pump off-load solenoid(request to A/C system)Thrust Reverser (request to A/C system)FADEC Functions:Control engine start-pneumatic starter sequence,ignition,fuel&hydraulic pump off-load(as necessary)Control fuel and airflow to provide steady state and transient response for all 27environmental conditionsSchedule engine power levels as necessary for aircraft operationSchedule thrust reverser deploy and stow controlProvide limit protection for N3,P30 and EGT during ground automatic startProvide HP,IP&LP turbine tip clearance controlShut-off fuel in the event of an N1 or N2 overspeed and LP or IP shaft breakageShut-off or limit fuel flow (as permitted by the aircraft) in the event of thrust control malfunctionProvide auto-relight(ignition) if a flame-out occurs.Provide recovery if an engine surge occursProvide instrumentation ,engine and control data to the aircraft for control computers,cockpit displays,maintenance and data recorders.Airframe/Propulsion System InterfaceThe FADEC system interfaces with the aircraft systems to provide engine control and indications.Most of the aircraft systems are located in the aircraft avionics bay and interface with the cockpit and the FADEC system,through the Avionics Data Communications Network (ADCN) using the Avionics Full Duplex Switched Ethernet (AFDX)system.The aircraft systems are as follows:Engine Interface Power Manageme