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航空发动机变几何涡轮增压性能研究

徐斌 周帆 杨世春 田富刚 谭龙兴

徐斌, 周帆, 杨世春, 等 . 航空发动机变几何涡轮增压性能研究[J]. 北京航空航天大学学报, 2017, 43(8): 1523-1530. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2016.0639
引用本文: 徐斌, 周帆, 杨世春, 等 . 航空发动机变几何涡轮增压性能研究[J]. 北京航空航天大学学报, 2017, 43(8): 1523-1530. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2016.0639
XU Bin, ZHOU Fan, YANG Shichun, et al. Research on performance of variable geometry turbocharger for aero engine[J]. Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics, 2017, 43(8): 1523-1530. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2016.0639(in Chinese)
Citation: XU Bin, ZHOU Fan, YANG Shichun, et al. Research on performance of variable geometry turbocharger for aero engine[J]. Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics, 2017, 43(8): 1523-1530. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2016.0639(in Chinese)

航空发动机变几何涡轮增压性能研究

doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2016.0639
基金项目: 

航空科学基金 2013ZB51018

详细信息
    作者简介:

    徐斌  男教授。主要研究方向:发动机涡轮增压及控制技术

    通讯作者:

    徐斌, E-mail: xbacb@buaa.edu.cn

  • 中图分类号: V234.1

Research on performance of variable geometry turbocharger for aero engine

Funds: 

Aeronautical Science Foundation of China 2013ZB51018

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  • 摘要:

    提出了一种变几何涡轮增压器用于发动机高空恢复功率的方法,并对其调节规律和相关特性进行研究。依据涡轮流动模型,分析了相同工况下不同喷嘴环开度对涡轮增压器工作的影响。在GT-POWER中建立了变几何涡轮增压发动机模型,通过全高度下不同工况的仿真分析,验证了变几何涡轮增压发动机恢复海平面功率的应用。结果表明,匹配了变几何涡轮增压器的发动机能够显著提高发动机高空可调范围,其使用升限从5 km提升到了6 km,对变几何涡轮增压器应用于恢复功率与喷嘴环开度的调节规律具有指导意义。

     

  • 图 1  发动机原机GT-POWER仿真模型

    Figure 1.  Simulation model of original engine in GT-POWER environment

    图 2  不同喷嘴环开度时涡轮进气压力随曲轴转角变化

    Figure 2.  Variation of intake pressure with crank angle at different nozzle ring opening degrees

    图 3  5 km高度下不同节气门开度时涡轮功率随喷嘴环开度变化

    Figure 3.  Variation of turbine power with nozzle ring opening degree at height of 5 km under different throttle opening degrees

    图 4  5 km高度下不同节气门开度时进气压力随喷嘴环开度变化

    Figure 4.  Variation of intake pressure with nozzle ring opening degree at height of 5 km under different throttle opening degrees

    图 5  变几何涡轮增压器调节原理

    Figure 5.  Adjustment principle of VGT

    图 6  采用变几何涡轮增压的发动机GT-POWER仿真模型

    Figure 6.  Simulation model of engine with VGT in GT-POWER environment

    图 7  变几何涡轮增压发动机与原机功率随高度与转速的变化

    Figure 7.  Variation of power of engine with VGT and original engine with height and speed

    图 8  转速5 500 r/min时变几何涡轮增压发动机与原机功率随高度与节气门开度的变化

    Figure 8.  Variation of power of engine with VGT and original engine with height and throttle opening degree when speed is 5 500 r/min

    图 9  变几何涡轮增压发动机与原机扭矩随高度与转速的变化

    Figure 9.  Variation of torque of engine with VGT and original engine with height and speed

    图 10  转速5 500 r/min时变几何涡轮增压发动机与原机扭矩随高度与节气门开度的变化

    Figure 10.  Variation of torque of engine with VGT and original engine with height and throttle opening degree when speed is 5 500 r/min

    图 11  变几何涡轮增压发动机和原机在5 km高度下可调范围对比(转速、节气门开度)

    Figure 11.  Comparison of adjustable range between original engine and engine with VGT when height is 5 km (speed and throttle opening degree)

    图 12  5 km高度下不同节气门开度时原机与变几何涡轮增压发动机进排气压力对比

    Figure 12.  Comparison of intake pressure and exhaust pressure between original engine and engine with VGT when height is 5 km under different throttle opeing degrees

    图 13  5 km高度下原机与变几何涡轮增压发动机燃油消耗率对比

    Figure 13.  Comparison of fuel consumption rate between original engine and engine with VGT when height is 5 km

    表  1  发动机主要参数[7]

    Table  1.   Main parameters of engine[7]

    参数数值
    工作形式四缸四冲程航空汽油机
    最大扭矩/(N·m)2 142
    额定功率/kW73.5
    额定转速/(r·min-1)5 500
    使用升限/km5
    增压方式单级废气阀涡轮增压
    下载: 导出CSV

    表  2  不同高度及转速下变几何涡轮增压与原机扭矩提升比

    Table  2.   Torque lifting rate of engine with VGT and original engine at different height and speed

    %
    高度/km转速/(r·min-1)
    5 5005 0004 5004 0003 500
    40.250.760.348.6914.65
    52.251.073.0116.0114.77
    60.590.022.1618.7310.95
    74.113.0710.3224.9913.47
    下载: 导出CSV
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出版历程
  • 收稿日期:  2016-08-02
  • 录用日期:  2016-11-04
  • 网络出版日期:  2017-08-20

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