本文關(guān)鍵詞：預(yù)冷發(fā)動(dòng)機(jī)熱力循環(huán)及調(diào)節(jié)規(guī)律研究

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【摘要】：預(yù)冷發(fā)動(dòng)機(jī)是高超聲速飛機(jī)最有效的推進(jìn)系統(tǒng)之一,有望作為單級(jí)入軌航天飛機(jī)或兩級(jí)入軌航天飛機(jī)助推級(jí)的推進(jìn)系統(tǒng)。預(yù)冷發(fā)動(dòng)機(jī)通過預(yù)冷器或冷質(zhì)注入等形式,在發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)展歷史上首次將傳熱過程加入到發(fā)動(dòng)機(jī)的主動(dòng)力循環(huán)之中。這些改變?cè)讷@得發(fā)動(dòng)機(jī)性能收益的同時(shí)也增加了循環(huán)的復(fù)雜性,并增添了發(fā)動(dòng)機(jī)的安全工作邊界和關(guān)鍵的被控變量。這些增量使得現(xiàn)有基于渦輪噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)熱力循環(huán)和調(diào)節(jié)規(guī)律方面的研究工作可能不再完全適用于預(yù)冷發(fā)動(dòng)機(jī)。以此為背景,本文開展了預(yù)冷發(fā)動(dòng)機(jī)的熱力循環(huán)及調(diào)節(jié)規(guī)律的研究。首先,以了解研究對(duì)象為目的,研究了預(yù)冷發(fā)動(dòng)機(jī)的理想熱力循環(huán)構(gòu)型。本文選取了預(yù)冷空氣渦輪火箭發(fā)動(dòng)機(jī)作為主要的研究對(duì)象,對(duì)其理想循環(huán)功和理想循環(huán)熱效率進(jìn)行了推導(dǎo),并和布雷頓循環(huán)做了對(duì)比。研究表明,預(yù)冷空氣渦輪火箭發(fā)動(dòng)機(jī)與布雷頓循環(huán)稍有不同,發(fā)動(dòng)機(jī)理想熱力循環(huán)的控制體由空氣和燃料共同構(gòu)成,且增添了循環(huán)冷卻比這一影響循環(huán)性能的因素。其次,通過對(duì)預(yù)冷發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際熱力循環(huán)性能的理論分析和推導(dǎo),明確了預(yù)冷發(fā)動(dòng)機(jī)的5個(gè)循環(huán)自變量分別為風(fēng)扇壓比、油氣比、預(yù)冷器熱載荷、總熱載荷和總換熱總壓恢復(fù)系數(shù)。明確了其中燃燒室換熱器換熱量對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)性能影響不大,并對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)自變量的取值給出了多目標(biāo)約束優(yōu)化的策略來優(yōu)化發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)自變量組,使得達(dá)到發(fā)動(dòng)機(jī)性能的最大化。通過對(duì)其他循環(huán)參變量的敏感度分析,提出了應(yīng)重點(diǎn)提高風(fēng)扇的效率來改善發(fā)動(dòng)機(jī)性能。定義了“預(yù)冷深度”的概念,分析了發(fā)動(dòng)機(jī)的安全工作邊界組成,明確了工作過程中觸碰安全邊界的先后順序。對(duì)于預(yù)冷空氣渦輪火箭發(fā)動(dòng)機(jī)在高馬赫數(shù)下渦輪功不足的情況,對(duì)其改型發(fā)動(dòng)機(jī),即預(yù)冷渦輪噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)做了性能計(jì)算和對(duì)比分析。最后,構(gòu)建了慢車狀態(tài)以上預(yù)冷空氣渦輪火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的含動(dòng)態(tài)變工況模型,研究了該發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)工作特性,并在此基礎(chǔ)之上研究了適用于該發(fā)動(dòng)機(jī)的調(diào)節(jié)規(guī)律。通過對(duì)該發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子和預(yù)冷器的動(dòng)態(tài)建模,明確了預(yù)冷器的時(shí)間常數(shù)相比于轉(zhuǎn)子而言可以忽略,該發(fā)動(dòng)機(jī)可近似為一階系統(tǒng)。分析了該發(fā)動(dòng)機(jī)相比于傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)而言所面臨的控制新問題,推導(dǎo)了以預(yù)冷空氣渦輪火箭發(fā)動(dòng)機(jī)為例的預(yù)冷發(fā)動(dòng)機(jī)的共同工作方程,明確了該發(fā)動(dòng)機(jī)與傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)相比增加了一個(gè)自由度。針對(duì)預(yù)冷發(fā)動(dòng)機(jī)飛行包線寬廣的特點(diǎn),提出了應(yīng)采用基于相對(duì)換算參數(shù)的組合調(diào)節(jié)規(guī)律。對(duì)于組合調(diào)節(jié)規(guī)律中涉及被調(diào)節(jié)量和階段分界點(diǎn)選取的依據(jù),給出了以發(fā)動(dòng)機(jī)最大工作狀態(tài)調(diào)節(jié)規(guī)律為例的穩(wěn)態(tài)調(diào)節(jié)規(guī)律。
【關(guān)鍵詞】：預(yù)冷 航空發(fā)動(dòng)機(jī) 熱力循環(huán) 動(dòng)態(tài)建模 調(diào)節(jié)規(guī)律
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：V23
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 第1章 緒論11-26
• 1.1 課題研究的背景和意義11-14
• 1.1.1 課題的背景11-12
• 1.1.2 課題研究的意義12-14
• 1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀14-23
• 1.2.1 預(yù)冷發(fā)動(dòng)機(jī)的研究現(xiàn)狀14-21
• 1.2.2 預(yù)冷發(fā)動(dòng)機(jī)熱力循環(huán)的研究現(xiàn)狀21-22
• 1.2.3 預(yù)冷發(fā)動(dòng)機(jī)調(diào)節(jié)規(guī)律的研究現(xiàn)狀22-23
• 1.2.4 研究現(xiàn)狀小結(jié)23
• 1.3 本文的主要研究?jī)?nèi)容23-26
• 第2章 預(yù)冷發(fā)動(dòng)機(jī)的理想熱力循環(huán)分析26-37
• 2.1 引言26-27
• 2.2 多種預(yù)冷發(fā)動(dòng)機(jī)的特點(diǎn)對(duì)比及本文研究對(duì)象的選取27-29
• 2.3 預(yù)冷發(fā)動(dòng)機(jī)的理想熱力循環(huán)構(gòu)型及分析29-35
• 2.3.1 理想循環(huán)構(gòu)型及模型29-31
• 2.3.2 理想循環(huán)性能分析31-35
• 2.4 預(yù)冷發(fā)動(dòng)機(jī)理想熱力循環(huán)的特殊性35
• 2.5 本章小結(jié)35-37
• 第3章 預(yù)冷發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)際熱力循環(huán)性能分析37-58
• 3.1 引言37
• 3.2 預(yù)冷發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)際循環(huán)模型37-41
• 3.3 預(yù)冷發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)際循環(huán)性能分析41-52
• 3.3.1 設(shè)計(jì)點(diǎn)和飛行軌跡41-42
• 3.3.2 安全邊界分析42-43
• 3.3.3 預(yù)冷過程對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)性能的影響43-48
• 3.3.4 預(yù)冷深度的定義48-49
• 3.3.5 基于預(yù)冷深度的安全邊界描述49-52
• 3.3.6 燃料種類對(duì)預(yù)冷深度的影響52
• 3.4 預(yù)冷發(fā)動(dòng)機(jī)和非預(yù)冷發(fā)動(dòng)機(jī)的性能對(duì)比分析52-54
• 3.5 一種改進(jìn)的預(yù)冷循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)性能分析54-56
• 3.6 本章小結(jié)56-58
• 第4章 預(yù)冷發(fā)動(dòng)機(jī)的部件級(jí)數(shù)學(xué)模型58-79
• 4.1 引言58-59
• 4.2 換算參數(shù)表示的發(fā)動(dòng)機(jī)部件級(jí)模型59-74
• 4.2.1 穩(wěn)態(tài)模型59-66
• 4.2.2 動(dòng)態(tài)模型66-71
• 4.2.3 發(fā)動(dòng)機(jī)部件間關(guān)系71
• 4.2.4 離散化處理及傳遞函數(shù)71-74
• 4.3 發(fā)動(dòng)機(jī)模型的非線性方程組及求解方法74-76
• 4.3.1 發(fā)動(dòng)機(jī)模型的非線性方程組75
• 4.3.2 牛頓拉夫遜法75-76
• 4.4 面向?qū)ο蟮陌l(fā)動(dòng)機(jī)程序設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)思路76-77
• 4.5 本章小結(jié)77-79
• 第5章 預(yù)冷發(fā)動(dòng)機(jī)的調(diào)節(jié)規(guī)律研究79-91
• 5.1 引言79
• 5.2 預(yù)冷發(fā)動(dòng)機(jī)的控制問題79-85
• 5.2.1 發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)特性及主導(dǎo)時(shí)間常數(shù)80-84
• 5.2.2 控制問題分析84-85
• 5.3 發(fā)動(dòng)機(jī)的共同工作方程85-88
• 5.4 組合調(diào)節(jié)規(guī)律88-90
• 5.4.1 被調(diào)節(jié)量與階段分界點(diǎn)88
• 5.4.2 穩(wěn)態(tài)調(diào)節(jié)規(guī)律88-90
• 5.5 本章小結(jié)90-91
• 結(jié)論91-94
• 參考文獻(xiàn)94-98
• 附錄98-102
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文102-104
• 致謝104

【相似文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 呂燦仁;;低沸點(diǎn)介質(zhì)熱力循環(huán)的利用[J];電力技術(shù);1978年02期

2 段婷婷;郭曉丹;;氫氧燃燒熱力循環(huán)系統(tǒng)的特性分析[J];中國(guó)電力教育;2007年S3期

3 顧雛軍;;G熱力循環(huán)的，

本文編號(hào)：940392