亚燃冲压发动机非稳态过程的性能时间响应分析方法技术

本发明专利技术涉及一种亚燃冲压发动机非稳态过程的性能时间响应分析方法，包括计算亚燃冲压发动机稳态下的进气道出口流量、总温和总压步骤；根据所述的亚燃冲压发动机的燃烧室建立模拟激盘

【技术实现步骤摘要】
亚燃冲压发动机非稳态过程的性能时间响应分析方法


[0001]本专利技术涉及航空发动机领域，具体涉及冲压发动机非稳态过程的时间响应分析方法。

技术介绍

[0002]冲压发动机利用空气中的氧气作为氧化剂，所携带的燃料中含有少量或不含氧化剂，比冲显著提高。因此，以冲压发动机为动力的导弹具有更远的射程、更轻的质量和更好的机动性，并可实现全程超声速巡航飞行，从而能够大幅度提高导弹的突防能力。上世纪八十年代以来，几乎所有具备导弹研制能力的国家均开展了冲压推进技术的研究，各种冲压及其组合发动机将成为本世纪战术导弹、拦截弹和巡航导弹的首选动力装置。
[0003]在非稳态过程中，随着飞行姿态、飞行条件等因素的改变，冲压发动机燃烧室内各参数也会发生相应变化，如果能够快速的得知在非稳态过程，在一定时间内，各参数的响应及具体变化，即能够帮助设计人员设计并指定合理飞行轨迹，也为设计冲压发动机的控制规律提供参考。但，其非稳态过程的性能时间响应需要考虑燃烧室内的容积效应，对性能时间响应特性加以考虑可以更精确地反映其加减速性能以及大机动等非稳态过程对冲压发动机性能产生的影响，但现有技术中，并没有考虑容积效应，从而计算反映冲压发动机非稳态过程中性能时间响应的方法。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于避免现有技术的不足提供一种考虑燃烧室内的容积效应，快速判断冲压发动机非稳态性能参数，便于制定合理的飞行轨迹，缩短迭代周期，提高飞行轨迹设计效率的亚燃冲压发动机非稳态过程的性能时间响应分析方法。
[0005]为实现上述目的，本专利技术采取的技术方案为：一种亚燃冲压发动机非稳态过程的性能时间响应分析方法，包括如下步骤：
[0006]步骤一、根据亚燃冲压发动机的实际飞行马赫数Ma和飞行高度H及飞行马赫数Ma在进气道插值特性图上的插值的流量系数和总压恢复系数σ，计算亚燃冲压发动机稳态下的进气道出口流量、总温和总压；
[0007]步骤二、根据所述的亚燃冲压发动机的燃烧室建立模拟激盘
‑
容积模型，所述的模拟激盘没有容积，用于模拟燃烧室稳态特性；所述的模拟容积V，与实际燃烧室容积大小相同，用于模拟燃烧室容积；
[0008]基于所述的模拟激盘以及步骤一中所述的亚燃冲压发动机稳态下的进气道出口流量、总温和总压，采用稳态燃烧室特性进行气动热力计算，获得稳态燃烧室模型的模拟出口的总温T、总焓H、总压P，出口流量W；
[0009]步骤三、采用公式(1)和公式(2)对步骤(2)中所述的燃烧室模型的模拟出口总焓H和出口流量W进行修正：
[0010][0011][0012]式中，V为步骤二中所述的燃烧室模拟容积；k为气体比热比；R为通用气体常数；dp/dt为燃烧室出口总压对时间的导数；u为燃烧室内的气体内能，通过所述的稳态燃烧室模型的模拟出口总温T求得，du/dt为燃烧室内的气体内能对时间的导数；
[0013]公式(2)中，u为燃烧室内的气体内能，u可以用修正前的燃烧室内的气体内能，也可以用修正后的燃烧室内的气体内能，显示格式或隐式格式，均用u表示即可。
[0014]即得到：考虑容积效应的燃烧室出口总焓H
’
和出口流量W
’
；
[0015]步骤四、利用得到的考虑容积效应的燃烧室出口总焓H
’
和出口流量W
’
和所述的模拟容积V，并选取时间步长，得到所述亚燃冲压发动机的非稳态推力变化规律与采用非设计点模型设计所述亚燃冲压发动机的非稳态推力变化规律误差图，即得到了所述亚燃冲压发动机性能时间响应的特性变量。
[0016]进一步的，所述的步骤三具体包括以下步骤：
[0017]步骤31、对步骤二中所述的稳态燃烧室模型的模拟出口的总压P使用隐式欧拉格式求微分，然后，根据所述稳态燃烧室模型的模拟出口的总压P、总焓H求得稳态燃烧室模型的模拟出口的总温T；
[0018]由公式(1)计算考虑容积效应后的流量W
’
，
[0019][0020]式中，dp/dt为燃烧室出口总压对时间的导数；dp为总压的微分；V为所述的模拟容积，即为实际燃烧室容积；T、W为步骤二中所述的稳态燃烧室模型的模拟出口总温和出口流量；R为通用气体常数；
[0021]步骤32、试取出口总温T
’
，根据内能换算公式，得到公式(4)：
[0022]U'＝H
‑
T'
·
R
ꢀꢀꢀꢀꢀ
(4)
[0023]式中，U
’
为考虑容积效应后的燃烧室内的气体内能；H为所述稳态燃烧室模型的模拟出口的总焓，R为通用气体常数；
[0024]步骤33、对公式(4)做微分处理，根据燃烧室内的气体内能微分公式换算，即得到考虑容积效应后的总焓H
’
的计算公式(5)：
[0025][0026]式中，dU
’
为考虑容积效应后燃烧室内的气体内能的微分；dU
’
/dt为考虑容积效应后燃烧室内的气体内能对时间的导数；P、W稳态燃烧室模型的模拟出口的总压和出口流量；V为所述的模拟容积，即为实际燃烧室容积；R为通用气体常数；
[0027]步骤34、通过简单迭代法计算考虑容积效应的燃烧室出口总温T
’
，直至利用所述的试取出口总温T
’
，根据所述的公式(4)和公式(5)，计算得到考虑容积效应后的总焓H
’
和所述的试取出口总温T
’
根据迭代过程中燃烧室出口的实际总焓和总温的关系求出的实际总焓H
’
实
相等；否则继续不断迭代试取出口总温T
’
，最终，迭代求出考虑容积效应后燃烧室
出口的总温T
’
、总焓H
’
与流量W
’
。
[0028]进一步的，所述步骤三中对公式(1)和公式(2)的求解，采用对所有微分项采用隐式欧拉格式进行差分的方法，得到公式(3)：
[0029][0030]式中，y
i
为当前时间值；y
i
‑1是上一时刻的时间值，在每一个时间步长上计算时，只有上一时间的值是已知的，而当前值是未知的，故对所述的公式(1)和公式(2)采用牛顿—莱普森迭代求解；得到W
’
与H
’
具体的值。
[0031]本专利技术的有益效果是：本专利技术对发动机非稳态过程的性能时间响应考虑燃烧室内的容积效应，对性能时间响应特性，能够更精确地反映其加减速性能以及大机动等非稳态过程对冲压发动机性能产生的影响，帮助设计与试验人员快速判断其非稳态性能参数是否符合要求，制定合理飞行轨迹，缩短迭代周期，提高设计效率。
附图说明
[0032]图1是“激盘－容积”模型的示意图；
[0033]图2是发动机燃烧室容积效应的计算示意图；
[0034]图3是容本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种亚燃冲压发动机非稳态过程的性能时间响应分析方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一、根据亚燃冲压发动机的实际飞行马赫数Ma和飞行高度H及飞行马赫数Ma在进气道插值特性图上的插值的流量系数和总压恢复系数σ，计算亚燃冲压发动机稳态下的进气道出口流量、总温和总压；步骤二、根据所述的亚燃冲压发动机的燃烧室建立模拟激盘
‑
容积模型，所述的模拟激盘没有容积，用于模拟燃烧室稳态特性；所述的模拟容积V，与实际燃烧室容积大小相同，用于模拟燃烧室容积；基于所述的模拟激盘以及步骤一中所述的亚燃冲压发动机稳态下的进气道出口流量、总温和总压，采用稳态燃烧室特性进行气动热力计算，获得稳态燃烧室模型的模拟出口的总温T、总焓H、总压P，出口流量W；步骤三、采用公式(1)和公式(2)对步骤(2)中所述的燃烧室模型的模拟出口总焓H和出口流量W进行修正：口流量W进行修正：式中，V为步骤二中所述的燃烧室模拟容积；k为气体比热比；R为通用气体常数；dp/dt为燃烧室出口总压对时间的导数；u为燃烧室内的气体内能，通过所述的稳态燃烧室模型的模拟出口总温T求得，du/dt为燃烧室内的气体内能对时间的导数；即得到：考虑容积效应的燃烧室出口总焓H
’
和出口流量W
’
；步骤四、利用得到的考虑容积效应的燃烧室出口总焓H
’
和出口流量W
’
和所述的模拟容积V，并选取时间步长，得到所述亚燃冲压发动机的非稳态推力变化规律与采用非设计点模型设计所述亚燃冲压发动机的非稳态推力变化规律误差图，即得到了所述亚燃冲压发动机性能时间响应的特性变量。2.如权利要求1所述的亚燃冲压发动机非稳态过程的性能时间响应分析方法，其特征在于，所述的步骤三具体包括以下步骤：步骤31、对步骤二中所述的稳态燃烧室模型的模拟出口的总压P使用隐式欧拉格式求微分，然后，根据所述稳态燃烧室模型的模拟出口的总压P、总焓H求得稳态燃烧室模型的模拟出口的总温T；由公式(1)计算考虑容积效应后的流量W
’
，式中，dp/dt为燃烧室出口总压对时间的导数；dp为总压的微分；V为所述的模拟容积，即为实际燃烧室容积；T、W为步骤二中所述的稳态燃烧室模型的模拟出口总温和出口流...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈玉春，刘杰，房睿远，黄新春，
申请(专利权)人：北京动力机械研究所，
类型：发明
国别省市：