考虑污染物排放的开式转子发动机总体性能建模及分析研究

作     者：张紫煜 张晓博 周莉 王占学 ZHANG Ziyu;ZHANG Xiaobo;ZHOU Li;WANG Zhanxue

作者机构：西北工业大学动力与能源学院陕西西安710129 先进航空发动机协同创新中心北京100191 

出 版 物：《推进技术》 (Journal of Propulsion Technology)

年 卷 期：2024年第45卷第3期

页      面：41-52页

核心收录：

学科分类：0820[工学-石油与天然气工程] 0817[工学-化学工程与技术] 082502[工学-航空宇航推进理论与工程] 08[工学] 0807[工学-动力工程及工程热物理] 0825[工学-航空宇航科学与技术] 

基　　金：国家自然科学基金(52076180) 国家科技重大专项(J2019-I-0021-0020) 航空发动机及燃气轮机基础科学中心项目(P2022-B-I-005-001) 中央高校基本科研业务费专项资金 

主　　题：开式转子发动机 对转桨扇 发动机建模 污染物排放 性能分析 

摘      要：开式转子发动机兼具涡桨发动机高推进效率和涡扇发动机高飞行速度的特点,是未来民用单通道客机理想动力装置之一。为了掌握开式转子发动机的性能变化规律,明确开式转子发动机相比于常规大涵道比涡扇发动机节油和降低污染物排放的优势,本文基于螺旋桨相似理论和动量理论,建立了考虑前后排桨扇相互影响的对转桨扇模型;与双轴燃气发生器进行匹配,建立了三轴齿轮传动开式转子发动机模型;同时建立了发动机污染物排放计算模型;对同技术水平的开式转子发动机和大涵道比涡扇发动机进行了性能对比。结果表明:所建立的对转桨扇模型与实验结果误差较小,最大误差不超过3%。飞行马赫数增大,桨扇功率系数增大,推力系数减小,耗油率增大;飞行高度增加,桨扇功率系数和推力系数均增大,耗油率呈减小的趋势。相比于同技术水平的大涵道比涡扇发动机,开式转子发动机在典型工况下的耗油率降低9%以上。在飞机起飞着陆循环内,开式转子发动机的UHC,CO和NOx三种污染物排放指数相比于大涵道比涡扇发动机降低10%以上,表明开式转子发动机可有效降低航空污染物的排放。