丁大鵬

摘要

本文通過先從普通發(fā)動機的冷卻系統(tǒng)到檢測飛機風(fēng)斗進入短艙的冷氣流量的變化規(guī)律，對發(fā)動機通風(fēng)冷卻系統(tǒng)各影響因素進行分析，其中包括了發(fā)動機狀態(tài)、飛行狀態(tài)(高度、馬赫數(shù))對飛機短艙內(nèi)溫度波動的影響規(guī)律。結(jié)果表明，發(fā)動機狀態(tài)是影響發(fā)動機通風(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)動機狀態(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)動機因燃燒做功所產(chǎn)生的熱量，使發(fā)動機維持在正常的運轉(zhuǎn)溫度范圍內(nèi)。發(fā)動機依照冷卻的方式可分為氣冷式及水冷式，氣冷式是靠發(fā)動機帶動風(fēng)扇及車輛行駛時的氣流來冷卻；水冷式則是靠冷卻水在發(fā)動機中循環(huán)來冷卻。不論采何種方式冷卻，正常的冷卻系統(tǒng)必須確保發(fā)動機在各種行駛條件下都不致過熱。

傳統(tǒng)的冷卻系統(tǒng)通常采用機械驅(qū)動的冷卻水泵、冷卻風(fēng)扇和節(jié)溫器,冷卻介質(zhì)的冷卻強度取決于發(fā)動機轉(zhuǎn)速,通常不能滿足發(fā)動機實際運行時的散熱需求,無法實現(xiàn)冷卻液溫度在各個工況內(nèi)的合理控制。因此,采用電子控制手段,通過傳感器和處理芯片根據(jù)實際溫度調(diào)節(jié)冷卻介質(zhì)的流量,合理統(tǒng)籌冷卻系統(tǒng)的各個部件，實現(xiàn)冷卻系統(tǒng)部件的智能化控制是冷卻系統(tǒng)發(fā)展的趨勢之一

1.1冷卻系統(tǒng)是一個復(fù)雜的耦合體,其流動、傳 熱過程與發(fā)動機整體各物理場相互耦合在一起,因此采用整體耦合方法對其進行模擬研究將是未來發(fā)展的必然趨勢。

1.2通過改進各部件的結(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)動機溫度的精確控制,最大程度滿足發(fā)動機在不同工況與環(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.飛機動力裝置的冷卻系統(tǒng)

在飛機動力及輔助動力裝置(APU )的安裝設(shè)計中，發(fā)動機及其附件、輔助動力裝置及附件的通風(fēng)冷卻系統(tǒng)的設(shè)計是主要內(nèi)容之一。在GJB243A一2004中明確規(guī)定了發(fā)動機的通風(fēng)冷卻系統(tǒng)要求：

2.1測量發(fā)動機發(fā)熱部位的表面溫度和正常溫度要求下的附件工作溫度，并對防火系統(tǒng)中的感溫器設(shè)置的環(huán)境溫度進行校對。

2.2測定發(fā)動枧外通道的冷卻通風(fēng)量。

2.3測評冷部系統(tǒng)專用裝置的工作質(zhì)量。

3.發(fā)動機通風(fēng)冷卻臨界計算狀態(tài)時應(yīng)考慮的因素

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

3.1飛機的飛行速度及飛行姿態(tài)。發(fā)動機艙外部的氣壓分布取決于飛機的飛行速度及飛行姿態(tài)，從而決定了冷卻空氣的進、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)動機艙室及發(fā)動機的表面溫度；

3.3發(fā)動機功率狀態(tài)。發(fā)動機功率狀態(tài)直接導(dǎo)致了發(fā)動機所散發(fā)的熱量及排氣引射器主噴口的燃?xì)饬俊⒘魉?、總溫、總壓等參?shù)，從而影響著冷空氣的流量，進而影響發(fā)動機艙內(nèi)的溫度分布 。

以上三個影響因素可以歸結(jié)為發(fā)動機狀態(tài)和飛行狀態(tài)(高度、速度)兩點。發(fā)動機狀態(tài)決定著發(fā)動機所散發(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)動機通風(fēng)冷卻系統(tǒng)是否符合設(shè)計要求的三個決定性因素。

總的來說，本文先從一般發(fā)動機的結(jié)構(gòu)特點開始對其冷卻系統(tǒng)進行了簡要的闡述，隨后結(jié)合試驗結(jié)果來分析這些因素對飛機發(fā)動機短艙通風(fēng)冷卻系統(tǒng)的影響規(guī)律，為發(fā)動機通風(fēng)冷卻系統(tǒng)的設(shè)計、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)動機的通風(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，在很多方面沒有仔細(xì)的斟酌，所以只是希望給有關(guān)研究人員做一個鋪墊，關(guān)于發(fā)動機的冷卻系統(tǒng)，還是有很多問題需要我們的研究。

4.參考文獻：

[1] GJB243A一2004航空燃?xì)鉁u輪動力裝置飛行試驗要求[S]． 2004．

[2] 王潤升．飛機發(fā)動機及APU通風(fēng)冷卻系統(tǒng)設(shè)計計算[D]．西北工業(yè)大學(xué)，1999．

[3] 馬明明．航空發(fā)動機短艙流動與換熱計算研究[D]．西北工業(yè)大學(xué)， 2007．

[4] 謝永奇．直升機動力艙通風(fēng)冷卻系統(tǒng)仿真[J]．航空動力學(xué)報，2006，2l(3)：297—302．

[5] 錢翼稷．空氣動力學(xué)[M]．北京航天航空大學(xué)出版社，2004．

[6] B．A．索蘇諾夫，B．M．切普金．航空發(fā)動機和動力裝置的原理、計算及設(shè)計[M ]．莫斯科國立航空學(xué)院，2003．