輔助動力系統(tǒng)(Auxiliary Power Unit-APU)通風冷卻與輔助動力系統(tǒng)排氣噪聲抑制是輔助動力系統(tǒng)設計過程中面臨的關鍵工程技術問題。本文對某型輔助動力系統(tǒng)簡化后進行三維流動與換熱數(shù)值仿真,分析了發(fā)動機工況、電機冷卻風扇關閉/開啟、通風冷卻進氣流量、通風冷卻進氣口位置對艙內(nèi)溫度場合通風冷卻效果的影響;采用大渦模擬(LES)求解流場與FW-H方程外推聲場的方法對輔助動力系統(tǒng)排氣噪聲進行數(shù)值仿真,分析了排氣消音器、排氣溫度、排氣引射艙內(nèi)空氣流量、冠齒噴管結構等對排氣流場和聲場的影響。研究結果如下:對于基準APU模型,在不同發(fā)動機工況下,艙體內(nèi)流場與溫度場分布規(guī)律一致,艙體上游冷卻效果明顯優(yōu)于艙體下游冷卻效果;受環(huán)境溫度影響,海拔0m高度時的艙內(nèi)局部溫度超過工作允許值。在艙體冷卻進氣量足夠時,電機冷卻風扇的關閉有利于APU高溫本體壁面的流動與換熱,但代價是電機表面溫度的劇烈上升。冷卻進氣流量的增大可以達到帶走艙體內(nèi)更多熱量的目的,但因不恰當?shù)倪M氣口位置布置使得艙內(nèi)局部溫度更加惡劣。在相同進氣量下,通過進氣口位置的合理布局從而優(yōu)化冷卻空氣在艙內(nèi)的流動狀況,消除艙內(nèi)局部高溫區(qū)域,艙內(nèi)空間點都在允許溫度限值內(nèi)。排氣消音器在不改變排氣結構的情況下,可以降低排氣噪聲4-6dB。提高排氣溫度以及增大艙體冷卻進氣流量,均在不同程度上提高了排氣噴流核心區(qū)的速度,排氣噪聲隨之增大。冠齒結構的增設,在一方面堵塞了排氣流通面積,使得排氣噴流核心區(qū)速度升高;另一方面,冠齒結構在流場下游產(chǎn)生成對出現(xiàn)的流向渦,使噴流與環(huán)境流體間動量和能量交換得以加強。隨冠齒數(shù)量增多,對噪聲的抑制效果呈現(xiàn)出先增強再減弱的趨勢。隨齒彎角增大,噪聲的抑制效果也呈現(xiàn)出先增強再減弱的趨勢。排氣噪聲近場受“多普勒效應”影響,噪聲指向性為噴流尾部區(qū)域最強,遠場噪聲指向性受四極子聲源指向性的影響,在-18°到-54°范圍和18°到54°范圍內(nèi)噪聲最強。
【學位單位】：南京航空航天大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：V228
【部分圖文】：

圖 1.1 輔助動力系統(tǒng)安裝位置示意圖隨著輔助動力系統(tǒng)的發(fā)展與應用，其存在的諸多問題也日益凸顯。首先就是通風冷卻問APU 通常安裝在機身內(nèi)部的 APU 艙內(nèi)，當 APU 工作時，發(fā)動機本身作為一個高溫元件機匣壁面向艙體輻射與傳遞熱量，繼而造成 APU 艙體內(nèi)的高溫惡劣環(huán)境。出于安全性考

沖壓進氣系統(tǒng)。文中所提出的一維模型為量化與匹配排氣引射與系統(tǒng)壓降特性提供了一種框架。并將一維流動模型與 CFD 計算結果相比較，結果表明一維流動模型計算結果良好，可用于未來對艙體冷卻系統(tǒng)的改進。在飛行器短艙的氣動布局和結構優(yōu)化以及短艙和引射系統(tǒng)性能等方面，美國 BELL 公司對 XV-15 和 v-22 短艙展開了大量的研究工作[9][10]，加拿大 PW 公司對 PT6C 系列發(fā)動機也進行了較多研究，設計和優(yōu)化了短艙和排氣引射系統(tǒng)，針對發(fā)動機短艙流動與換熱的研究目前還很少見。國內(nèi)目前對輔助動力系統(tǒng)通風冷卻研究不多，主要是針對發(fā)動機短艙內(nèi)部的換熱特性進行了一些研究。胡江峰[11]等對發(fā)動機艙進行了一維化研究，總結提出了發(fā)動機艙的冷卻形式共分為兩種，并給出了艙體冷卻進氣質(zhì)量流量與傳質(zhì)傳熱的計算方法。如圖 1.2 所示為兩種冷卻方式示意圖，第一種冷卻方法將艙體分成了前后兩段，中間由一道防火墻隔開，防火墻軸向位置位于渦輪后部。第二種冷卻方法簡稱直流式，其結構是將第一種方法中的防火墻去掉。文中還計算了某型飛機短艙的流動與換熱，其采用的冷卻方法為第二種直流式，最終結論如下：冷卻進氣流量與艙體進氣口寬度成正相關，進氣口寬度減小，冷卻流量減��；隨著冷卻進氣流量的增大，艙體前段溫度降低不明顯，艙體后段的溫度則顯著降低；艙體溫度與環(huán)境溫度也有關，環(huán)境溫度高，艙體溫度更惡劣。

發(fā)動機共同工作方程求解方法
【參考文獻】

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本文編號：2851680