发动机部件-进气道

󰀁收稿日期:2001󰀁03󰀁23󰀁作者简介:杨󰀁倩(1979-),女,江西樟树人,硕士生,100083,北京.发动机进气道水滴撞击特性分析

杨󰀁倩󰀁󰀁常士楠󰀁󰀁袁修干

(北京航空航天大学飞行器设计与应用力学系)

󰀁󰀁摘󰀁󰀁󰀁要:针对某发动机进气道的防冰系统设计,对进气道的水滴撞击特性

进行了研究.在对进气道流场进行计算的基础上,采用差分法对水滴运动方程进行了

数值求解,得到了水滴运动轨迹,从而确定了水滴的撞击极限、总收集系数和局部水

收集系数等水滴撞击特性参数;此外,还研究了飞行高度、飞行速度及水滴半径对水

滴撞击特性的影响;研究发现水滴撞击极限、总收集系数和局部水收集系数随飞行速度的减小、飞行高度的增加或者水滴半径的增加而增大.这些为进气道的防冰系统设

计奠定了基础.

关󰀁键󰀁词:进气道;防冰系统;差分法;水滴撞击特性

中图分类号:V233.94

文献标识码:A󰀁󰀁󰀁󰀁文章编号:1001󰀁5965(2002)03󰀁0362󰀁04

󰀁󰀁飞机在结冰气象条件下飞行时,容易发生结

冰现象,这不仅增加了直升机的重量,而且破坏了

气动外形,因而阻力增加,操纵性、稳定性下降,对

飞行安全构成了很大的威胁,因此应设置有相应

的结冰防护系统[1].发动机进气道的结冰是飞机

结冰中最危险的情况,它不仅直接导致了进气道

气动外形的破坏,降低了发动机的功率,增大了飞

行负载,而且当进气道内的冰层脱落时,将随气流

进入发动机内部打伤叶片,损伤发动机.因此,发

动机进气道的防冰尤为重要.在设计进气道防冰

系统时,首先必须计算结冰区及结冰量,这主要取

决于水滴对部件表面的撞击特性.水滴撞击特性

的计算历来受到重视,随着计算技术的发展及水

滴撞击特性有关实验数据的积累,水滴撞击特性

的数值计算方法已有较大的发展.目前,关于机翼

的水滴撞击特性的研究已比较成熟,但是对于进

气道的研究还比较少[2].本文针对某型直升机进

气道的水滴撞击特性进行研究.

发动机部件计算公式

-CAL-FENGHAI.-(YICAI)-Company One1 附录1 发动机部件计算公式

1 基础知识

1)空气、燃气的焓、熵公式见附录2。

2)气动函数()q、()、（）、()f计算公式见附录3。

2 变循环发动机各部件的计算公式

进气道

已知：发动机飞行高度H、飞行马赫数Ma。

计算过程

1）计算标准大气条件下环境压力0p（静压），环境温度0T（静温）。

当高度Hkm11时：

5.2553001.01325144.308288.156.5HpTH

其中，高度H的单位为km，温度的单位为K，压力的单位为bar。

2）进气道进口的总温总压：

2020 TTMappMa010112112 （）

:气体绝热指数，纯空气=1.4，燃气=1.33。

3）计算进气道总压恢复系数：

i1.35i11.011.00.075(1)HHHMMM：：

4）计算进气道出口总温总压:

i TTpp1010

压气机 双涵道变循环发动机中三个压气机部件，分别是风扇、CDFS和高压压气机，这三个压气机部件采用同一种计算方法。

2.2.1 已知

压气机进口总温Tin*、总压Pin*、压气机的压比函数值zz、物理转速n、压气机导叶角度。

2.2.2 计算过程

1）计算压气机换算转速：

*,*indcorinTnnT

其中，风扇：*,=288.15indT，CDFS：*,=428.56862609indT,高压压气机:*, 473.603961indT。*inT为压气机进口总温。

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高空舱发动机进气道收缩曲线的仿真分析

作者：窦立杨

来源：《科学与财富》2020年第03期

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摘 要：通过CFD模拟高空舱不同形式发动机进气道的气流流场，分析了不同收缩曲线下写上哪几种收缩曲线，流场的速度不均匀性、总压波动量、边界层厚度。模拟结果显示，同样进出口条件下，双三曲线形式的收缩段，边界层厚度最低，试验段核心气流更均匀，为高空舱收缩段选型提供了参考依据。

关键词：收缩段;收缩曲线;边界层;速度不均匀性;总压波动量

0引言

良好的气流品质对于高空舱模拟试验十分重要。发动机进气道是高空舱的重要部件，它的主要作用是不仅使来自前室的气流均匀加速，而且能提高试验段的气流品质，即改善流场的均匀性、稳定性，降低湍流度。发动机进气道设性能的优劣主要取决于两个因素：一是收缩比，二是收缩曲线。高空舱在流量测量段进行流量测量，进行调试时需对进气道的附面层进行测量、修正，再进行流量的标定。因此，边界层厚度也是发动机进气道形式选择的必要考虑因素之一。

本文在发动机进气道的进出口径、长度、收缩比一定的情况下，通过仿真实验对比分析了四种收缩曲线的边界层厚度、速度不均匀度、总压波动量。模拟实验结果显示，双三曲线形式的收缩段，边界层厚度最低，试验段核心气流更均匀，这一结论可以为后续实际应用提供参考。

1收缩曲线选型

目前高空舱发动机进气道型式主要有维氏曲线、双三曲线、五次曲线以及双扭曲线，分别可表示为： 龙源期刊网

（1）维辛斯基曲线

公式如下：

式中： Hi为收缩段进口截面半径，H0为出口截面半径，h为轴向距离为x处的截面高度，a = ; ; ; ; ; ，L为收缩段长度。

（2）双三次曲线

公式如下：

发动机进气道的优化仿真

【摘要】通过对进气道内气体流动的三维数值模拟计算，可获得流量系数，气道内压力、流速等参数的空间分布，并建立气道形状、安装位置与气体流动特性（包括流量系数等）的关系，为汽车发动机进、排气道的设计与改进提供依据。

【关键词】进气道；模型；仿真

1.引言

进气道气流流动状态最终直接影响发动机经济性、排放性以及动力性。因此，发动机进气道的理论研究和实际工程的设计成为发动机研究者的重要课题之一。传统的进气道设计流程是经验设计加稳流试验台上的反复试验。在设计开发中存在着较大的盲目性与局限性，不仅设计开发期长，耗费大，而且较难得到理想的方案。通过对进气道内气体流动的三维数值模拟计算，可获得流量系数，气道内压力、流速等参数的空间分布，并建立气道形状、安装位置与气体流动特性（包括流量数等）的关系，为汽车发动机进、排气道的设计与改进提供依据。

2.工作流程

工作流程如图1所示。基本控制方程通常包括质量守恒方程、能量守恒方程、动量守恒方程，以及这些方程相应的定解条件。确定离散化方法。即确定高精度、高效率的离散化方法，具体的说就是确定针对控制方程的离散化法，如有限差分法、有限元法、有限体积法等。这里的离散方法不仅包括微分方程的离散方法及求解方法，还包括贴体坐标的建立、边界条件的处理等。

图1 工作流程图

3.模型的建立

气缸直径取68mm，气缸的长度为170mm。在进气道进口处增加一个稳压箱，作用时使进气道入口处的气流流动状态稳定，这样便在计算入口边界条件中施加了一个稳定的压力条件。发动机进气道如图2所示，气缸简化为圆柱体，气缸盖如图3所示，进气道-气门-气缸如图4所示，最终计算用模型如图5所示。

本文采用六面体和四面体的混合网格，在稳压箱及气缸内采用六面体网格，在进气道、气门、气缸盖处采用非结构化网格。这样既节省了运算时间，又解决了进气道处外形结构复杂区的网格划分。将入口、出口、气缸壁面等分别创建PART，以增加边界条件；将进气道-气门-气缸盖所在空间创建BODY命名为LIVE1并保证该点在各个棉所围成的空间内，如图6所示。由于四面体网格生成是以BODY为单位进行的，将稳压箱、气缸部分创建块，利用约束、拉伸块等工具创建、分割块，以适应本部分体积结构。并在此部分生成六面体网格，对局部网格进行加密，并检查网格质量。生成四面体网格。生成四面体网格时需要对