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1、解析航空发动机气动附加阻力修正方法1气动附加阻力修正的经典控制体理论研窕目前，国内外有两种经典的控制体划分方法, 其中一种为流线划分方法，另一种为截面划分方法。下面运用两种划分方法详细地推导了它 们的推力修正公式，分析它们的优缺点，为进一步通过改进控制体划分提高推力修正精度的 工作打好基础。1.1流线划分方法理论研究流线划分方法中控制体的细节所示，远前方0截而选取在发动机远前方气流速度稳定、 均匀的区域，9截而选取在发动机尾喷管端而处，选取的控制体是从0截而起流管（虚线所示） 和发动机外表面所困体积到9截而终止。流入发动机进气道的最外围流体的流线，即在流线上的质点速度与流线在该点的切线方 向一
2、致，该流线上没有流体进出。如此则有流体进出的截而只有0截面和9截而，其余界而 只有力的作用而没有流体质量、动量交换。研究发动机推力修正问题，在受力分析上要求分 析控制体轴线方向上所有力的合成，整个控制体上所受体积力在垂直方向，轴线方向上只有 表面力的作用。表面力分为压力和摩擦力。由流体力学知识可知，作用在控制面的压力与表 面垂直并指向控制体内部，通过理论研究，结合截面划分方法，以试车间内0截而与1截而之间的旁路气流为研究 对象推导导流盆推力的表达式，1截而选取在发动机进气道稳定段处，虚线表示控制体的控 制面。截而法划分方法所产生的修正方法是有利于推力修正工作的，将推力修正公式的推导分 两步进行
3、，进气冲量阻力由前部分控制体单独推导，推力修正公式由发动机后一部分控制体 中推导出来。推导进气冲量阻力时，控制体只有0截而和1截而需要考虑动量交换和受力情 况，其余各控制而既没有动量交换，也没有轴向受力情况（忽略气流摩擦力）。在推导推力修 正公式时，控制体表面有动量交换的控制而只有1截而和9截而，控制面的压力积分表现在 修正项当中的只有base F。从理论上讲，截面划分方法中，前后两个控制体的控制面基本为固体表而容易界定，有 动量交换的控制面少，有利于推力修正公式的推导。所有控制而上的受力性质和情况清楚， 控制体受力情况容易分析。结合实际测量方案来说，截而划分方法中，控制体0截面同流线法一样选
4、取在发动机进 气道远前方气流速度稳定区域，避免了在发动机进气道前气流扰动较大区域的测量，对于求 解最主要的修正项进气冲量阻力，测量集中于0截而和1截面两个测量而内，减少了测量而 的布置数量，有效地避开了对唇口附近复杂流动的研究问题。只要0截而和1截而通过测量 以及数据处理等方法能够得到真正需要的气流参数，就可以准确地确定进气冲量阻力。但是， 截面划分方法在具备上述优势时同时也给测试工作带来了一些不利因素。这些不利因素主要 集中在确定进气冲量阻力的工作上。进气冲量阻力的公式中，所有参数都是在假设气动参数 均匀的情况下确定出来的，但在真实的试车间内由于各种因素的影响基本上不存在一个完全 均匀的平面
5、提供我们测量。对于某固定的测量截而，减少流场不均匀给测量造成的影响可以 从完善布点方案和数据平均处理两方而考虑，但无论哪一种都不能完全消除这种影响。在截 面法中，0截而处由于而积较大，有面积乘积分项的误差直接成倍数扩大，同时由于测点不 能在大面积平而中密布流场参数不均匀给测量造成影响也较大。而且由于发动机对气流的卷 吸作用，在1截而处气流速度变化梯度很大,大面积的不均匀会给推力修正带来较大的误差。2改进的截面法控制体理论研究由于经典的控制体划分方法在理论和测量方面都存在着一些问题，所以本课题在研究的 过程中始终力求能有新的突破，建立新型控制体，使之既具备经典控制体的优点同时又有效 地避开不足之
6、处，并用新型控制体划分方法运用于推力修正过程以检验其效果和可行性。2.1截面划分法改进的整体思路和原则由以上分析知，流线法和截而法共同的优点就是存在动量交换现象的控制面仅有两个， 而且控制面上气流速度方向确定动量交换量容易测量计算得出，然而，这两种方法各自都有 不利于推力修正的缺点。因此，流线划分方法的思路可以有效地解决减少控制面上存在动量 变化的问题，改进截面法的过程中是很有必要借鉴的。本文中截面划分法改进的整体思路是 在控制体划分方面借鉴流线的划分方法，这样既减少存在动量交换的控制面，又缩小了测量 截面的面积降低了参数不均匀对推力修正的影响。具体地，尽量减小流管直径主要是为了改善截而法测量
7、截而面积较大的问题，当流管入 口截而积减小，流管入口这个控制面就处在进入试车间气流的中心流速区域。在这个区域内 流动参数是相对均匀的，能尽量吻合截面均匀这个假设，同时对测量也是很有利的。在求解 进气冲量阻力时，同时减小了有而积乘枳分项的误差和计算控制体流通流量。过试车间轴线 的垂直纵切面，可以看出试车间顶部由于天车的作用，在高度10m到12m的范围内出现了速 度变化比较剧烈的现象，这部分区域速度变化范围0到6m/so所示的过轴线的水平纵切而, 在靠近试车间壁面的部分同样出现了速度变化梯度大的现象。所以，在划分新的控制体时将 变化剧烈的部分排除在控制体外是正确且有必要的，这样做自然会使推力修正的
8、精度提高3试验方案及数据处理方法3.1试验方案总体设计本期试验主要对试车间流场的整体情况进行测试，根据上述测试内容，本期试验采用移 动测量方式，总体测试系统包括移动支架测试系统、气路测试系统、数据采集及处理系统及 尾喷测试系统，总体测试系统图3. 2实验数据处理推力修正试验测量参数多、采集数据量大，数据处理是一个相对繁琐的问题。由于试车 间内流场分布不均匀，在面积较大的截面上布置的测点较大，同时采集的数据就较多，首先 要将推力修正所需的参数进行分类，再根据不同的类型选择数据处理的方法。用于推力修正 的参数包括两大类，一类是积分型的参数，例如试车间内总流量、发动机尾喷管处的底部阻 力等，一类是某
9、测量截而上的平均化的参数，例如远前方的速度、静压等。对于积分型的参数可采用大致三种方法：分割求和法、加权平均法、拟合枳分法。3. 2.1远前方截面数据处理方法以发动机轴线为圆心画一圆形区域，保证圆内的气流参数相对稳定，称中心稳定区域。 计算中心稳定区域的流量、而积及参数与该而积的乘积。沿测量线一步一步往里推进，最终 将环形框的内边界将与步骤中得出的圆相切，认为图形内所有测量线上得到的测量值的平均 值为该区域的参数值，并计算流量值。3. 2.2尾喷管表面数据处理方法根据数值模拟的结果，由于楼梯的作用，流经尾喷管的旁路气流产生上下左右均不对称 的现象，所以在求解底部阻力base F时，先分割再计算求和。数值模拟结果显示，发动机 的支架对尾喷管是有影响的，受影响的区域大概在2535度之间，楼梯对旁路气流的影响也 作用到了尾喷管的表面上，所以首先计算各区域的静压值，各区域的静压是该区域上所有测 点的平均值，因为尾喷管所受底部阻力是压力沿尾喷管表而积分的轴向分力，将尾喷管表面 面积向轴向方向投影得出底部阻力的计算公式4试验结果及不确定度评定在本行中对各种方法评定出的不确定度结果进行简要分析，通过分析找到每个修正项中 对不确定度影响较大的分项，并分析其原因对未来的测量提供可行的建议。