飞机自适应动力与热管理系统能效分析研究

未来战争对飞机提出大作战半径、高机动性、高隐身性的严苛要求,传统机载机电系统零件数目众多、部件重复、功能单一,越来越无法满足新型飞机的性能需求。综合化、集成化的能量管理系统是机载机电系统未来必然的发展方向。近年来,飞机自适应动力与热管理系统作为新型综合能量管理系统,其技术研究为世界航空领域所重视。本文以飞机自适应动力与热管理系统为研究对象,考虑系统与主发动机相互交联特点,建立系统与主发动机耦合仿真模型,在系统设计基础上,通过数值仿真研究了环境参数、系统参数和系统工作状态变化对主发动机性能和系统能效的影响规律。主要研究结果如下:主发动机性能方面,稳定裕度随相对转速变化存在临界值,主发动机相对转速低于临界值时从压气机引气导致压气机稳定裕度下降,高于临界值时引气导致稳定裕度升高,临界值随高度增大而增大。轴功提取导致压气机稳定裕度下降,主发动机相对转速越小降幅越大。引气和轴功提取均使主发燃油消耗率增大,主发动机相对转速越高,相同引气量或轴功提取量的燃油消耗率变化量越小。系统能效方面,风扇涵道引气流量和飞行马赫数的减小、飞行高度和系统制冷量需求的增大均会导致系统燃油消耗率的减小,自适应动力与热管理系统转子转速的增大会导致系统燃油消耗率先增大后减小,存在最佳引气和轴功提取比例和燃烧室出口温度,使得系统燃油消耗率最小。燃油热沉带走系统热量比例越多系统燃油消耗率越小,风扇涵道引气热沉带走系统热量比例越多系统燃油消耗率越大,冲压空气热沉对系统燃油消耗率的影响在两者之间。本文研究主要成果可为飞机自适应动力与热管理系统工程设计提供有益技术参考。