淺議發(fā)動(dòng)機(jī)通風(fēng)冷卻系統(tǒng)的影響因素

丁大鵬

摘要

本文通過(guò)先從普通發(fā)動(dòng)機(jī)的冷卻系統(tǒng)到檢測(cè)飛機(jī)風(fēng)斗進(jìn)入短艙的冷氣流量的變化規(guī)律，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)通風(fēng)冷卻系統(tǒng)各影響因素進(jìn)行分析，其中包括了發(fā)動(dòng)機(jī)狀態(tài)、飛行狀態(tài)(高度、馬赫數(shù))對(duì)飛機(jī)短艙內(nèi)溫度波動(dòng)的影響規(guī)律。結(jié)果表明，發(fā)動(dòng)機(jī)狀態(tài)是影響發(fā)動(dòng)機(jī)通風(fēng)冷卻系統(tǒng)的主要因素。

關(guān)鍵詞：短艙溫度；冷氣流量；發(fā)動(dòng)機(jī)狀態(tài)；飛行高度；飛行馬赫數(shù)

Abstract

Variation of air flow through measuring scoop into the nacelle, the influencing factors of ventilation and cooling system of engine are analyzed, including the state of the engine, the flight state (height, the Maher number) effects on the temperature fluctuation of aircraft engine nacelle. The results show that, the state of the engine are the main factors influencing the ventilation cooling system of engine.

【Key word】：Nacelle temperature，The cold air flow，The state of the engine

Flight altitude，F(xiàn)light Maher numbers

1.冷卻系統(tǒng)及其功能

冷卻系統(tǒng)的功能是帶走發(fā)動(dòng)機(jī)因燃燒做功所產(chǎn)生的熱量，使發(fā)動(dòng)機(jī)維持在正常的運(yùn)轉(zhuǎn)溫度范圍內(nèi)。發(fā)動(dòng)機(jī)依照冷卻的方式可分為氣冷式及水冷式，氣冷式是靠發(fā)動(dòng)機(jī)帶動(dòng)風(fēng)扇及車(chē)輛行駛時(shí)的氣流來(lái)冷卻；水冷式則是靠冷卻水在發(fā)動(dòng)機(jī)中循環(huán)來(lái)冷卻。不論采何種方式冷卻，正常的冷卻系統(tǒng)必須確保發(fā)動(dòng)機(jī)在各種行駛條件下都不致過(guò)熱。

傳統(tǒng)的冷卻系統(tǒng)通常采用機(jī)械驅(qū)動(dòng)的冷卻水泵、冷卻風(fēng)扇和節(jié)溫器,冷卻介質(zhì)的冷卻強(qiáng)度取決于發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速,通常不能滿足發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際運(yùn)行時(shí)的散熱需求,無(wú)法實(shí)現(xiàn)冷卻液溫度在各個(gè)工況內(nèi)的合理控制。因此,采用電子控制手段,通過(guò)傳感器和處理芯片根據(jù)實(shí)際溫度調(diào)節(jié)冷卻介質(zhì)的流量,合理統(tǒng)籌冷卻系統(tǒng)的各個(gè)部件，實(shí)現(xiàn)冷卻系統(tǒng)部件的智能化控制是冷卻系統(tǒng)發(fā)展的趨勢(shì)之一

1.1冷卻系統(tǒng)是一個(gè)復(fù)雜的耦合體,其流動(dòng)、傳 熱過(guò)程與發(fā)動(dòng)機(jī)整體各物理場(chǎng)相互耦合在一起,因此采用整體耦合方法對(duì)其進(jìn)行模擬研究將是未來(lái)發(fā)展的必然趨勢(shì)。

1.2通過(guò)改進(jìn)各部件的結(jié)構(gòu)、材料、尺寸、工作方式等使其與冷卻系統(tǒng)達(dá)到最優(yōu)匹配,提高了冷卻系的效率。

1.3使用電控冷卻部件能控制冷卻介質(zhì)的流量,能夠?qū)崿F(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)溫度的精確控制,最大程度滿足發(fā)動(dòng)機(jī)在不同工況與環(huán)境條件下的散熱要求,具有十分理想的應(yīng)用前景；冷卻系統(tǒng)的智能化控制是冷卻系統(tǒng)發(fā)展的目標(biāo)

2.飛機(jī)動(dòng)力裝置的冷卻系統(tǒng)

在飛機(jī)動(dòng)力及輔助動(dòng)力裝置(APU )的安裝設(shè)計(jì)中，發(fā)動(dòng)機(jī)及其附件、輔助動(dòng)力裝置及附件的通風(fēng)冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是主要內(nèi)容之一。在GJB243A一2004中明確規(guī)定了發(fā)動(dòng)機(jī)的通風(fēng)冷卻系統(tǒng)要求：

2.1測(cè)量發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)熱部位的表面溫度和正常溫度要求下的附件工作溫度，并對(duì)防火系統(tǒng)中的感溫器設(shè)置的環(huán)境溫度進(jìn)行校對(duì)。

2.2測(cè)定發(fā)動(dòng)枧外通道的冷卻通風(fēng)量。

2.3測(cè)評(píng)冷部系統(tǒng)專用裝置的工作質(zhì)量。

3.發(fā)動(dòng)機(jī)通風(fēng)冷卻臨界計(jì)算狀態(tài)時(shí)應(yīng)考慮的因素

王潤(rùn)升以Y7—200A為例，根據(jù)射流理論、氣體動(dòng)力學(xué)基本方程，采用倫掙伯格等人關(guān)于流體傳熱的四個(gè)基本解的結(jié)果，根據(jù)疊加理論給出環(huán)形通道中流動(dòng)與換熱的計(jì)算公式。研究結(jié)果表明，發(fā)動(dòng)機(jī)通風(fēng)冷卻系統(tǒng)的動(dòng)力來(lái)自排氣引射器及通風(fēng)冷卻空氣進(jìn)、排氣口的總壓壓差，而熱載荷則取決于發(fā)動(dòng)機(jī)使用的功率狀態(tài)，因此確定發(fā)動(dòng)機(jī)通風(fēng)冷卻臨界計(jì)算狀態(tài)時(shí)應(yīng)考慮如下因素：

3.1飛機(jī)的飛行速度及飛行姿態(tài)。發(fā)動(dòng)機(jī)艙外部的氣壓分布取決于飛機(jī)的飛行速度及飛行姿態(tài)，從而決定了冷卻空氣的進(jìn)、排氣口的壓力差，影響著冷卻空氣的流量 ；

3.2飛行高度。飛行高度直接影響通風(fēng)冷卻氣流的流量，最終影響發(fā)動(dòng)機(jī)艙室及發(fā)動(dòng)機(jī)的表面溫度；

3.3發(fā)動(dòng)機(jī)功率狀態(tài)。發(fā)動(dòng)機(jī)功率狀態(tài)直接導(dǎo)致了發(fā)動(dòng)機(jī)所散發(fā)的熱量及排氣引射器主噴口的燃?xì)饬俊⒘魉佟⒖倻亍⒖倝旱葏?shù)，從而影響著冷空氣的流量，進(jìn)而影響發(fā)動(dòng)機(jī)艙內(nèi)的溫度分布 。

以上三個(gè)影響因素可以歸結(jié)為發(fā)動(dòng)機(jī)狀態(tài)和飛行狀態(tài)(高度、速度)兩點(diǎn)。發(fā)動(dòng)機(jī)狀態(tài)決定著發(fā)動(dòng)機(jī)所散發(fā)的熱量，飛行狀態(tài)則影響著冷卻空氣的流量和溫度，而散熱量、冷卻空氣的流量、冷卻空氣的溫度是決定發(fā)動(dòng)機(jī)通風(fēng)冷卻系統(tǒng)是否符合設(shè)計(jì)要求的三個(gè)決定性因素。

總的來(lái)說(shuō)，本文先從一般發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)開(kāi)始對(duì)其冷卻系統(tǒng)進(jìn)行了簡(jiǎn)要的闡述，隨后結(jié)合試驗(yàn)結(jié)果來(lái)分析這些因素對(duì)飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)短艙通風(fēng)冷卻系統(tǒng)的影響規(guī)律，為發(fā)動(dòng)機(jī)通風(fēng)冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、試飛鑒定工作提供了有利的技術(shù)參考。從一般到特別的研究方法最終都是為了分析發(fā)動(dòng)機(jī)的通風(fēng)冷卻系統(tǒng)的影響因素，單但可能由于本人的研究不夠深入，在很多方面沒(méi)有仔細(xì)的斟酌，所以只是希望給有關(guān)研究人員做一個(gè)鋪墊，關(guān)于發(fā)動(dòng)機(jī)的冷卻系統(tǒng)，還是有很多問(wèn)題需要我們的研究。

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