第四十六章 設(shè)計復(fù)雜 開始建模

　　陳東風(fēng)和楊輝在經(jīng)過半個多月的自學(xué)，再加上向老師請教后，陳東風(fēng)覺得自己已經(jīng)基本掌握三元流動理論的基本應(yīng)用，可以比較熟練的使用理論里面的方程了。因此他和楊輝商量后，就決定開始動手進行理論設(shè)計，而楊輝進度稍慢，只能一邊跟著陳東風(fēng)設(shè)計，一邊再自學(xué)了。

　　陳東風(fēng)在設(shè)計Mini2000的離心式壓氣機的時候是以二元流動理論為基礎(chǔ)，并加以適當(dāng)?shù)墓こ躺系男拚?，修正系?shù)是在做實驗的時候確定的。這種方法有較大的局限性，特別是這種二元流動理論不能確切地描繪出壓氣機通流部分流動的真實情況，尤其是它不適用于大流量、大功率、高效率的壓氣機，二元流動理論的局限性也在于這里。

　　陳東風(fēng)為了把真實的流動加以簡化和抽象突出主要的影響因素，這就需要做一些假定，這些假定的精確程度和適用范圍是已經(jīng)在生產(chǎn)實踐和實驗中加以驗證過的。目前在做三元流動分析時的基本假定有四個個。

　　一是流體(即被壓縮的氣體介質(zhì))是非粘性的，也就是理想流體。因此流體微團之間和流體微團與壁面之間的摩擦力與熱交換不予考慮。至于粘性及傳熱對流動總效果的影響，由于飛龍的速度設(shè)計的很小，在這里就忽略不計了。

　　二是流體的狀態(tài)變化由完全氣體狀態(tài)方程來描述，即P =P R T(P是氣體的密度，R是氣體常數(shù)，T是氣體溫度)。

　　三是流體在固定流道(如擴壓器)內(nèi)的運動是定常的，即運動狀況不隨時間變化。流體在葉輪中的運動相對于轉(zhuǎn)動坐標(biāo)系也假定是定常的，即相對于隨葉輪一起轉(zhuǎn)動的坐標(biāo)系來說，流體的運動狀況也不隨時間變化。

　　四是由于一般被壓縮氣體介質(zhì)的重度都較小，因此忽略流體的重力作用。

　　在這些基本假定之下，陳東風(fēng)建立一組流體的運動方程，即基本方程，來描述流體在離心式壓氣機內(nèi)運動的狀況。這些方程計有反映流體受力狀況的運動方程，反映流體能量轉(zhuǎn)換與守恒的能量方程和反映流體質(zhì)量守恒的連續(xù)性方程。

　　陳東風(fēng)只有把這些基本方程求解出來后，才可以進行壓氣機子午流面三元流動分析和回轉(zhuǎn)面的三元流動分析。

　　根據(jù)子午流面的計算，可以得到葉輪出口參數(shù)及中間流面(或子午面)上的速度、壓力等分布，由此衡量葉輪氣動性能的優(yōu)劣，并提出改進的辦法。

　　回轉(zhuǎn)面是由子午流線繞Z軸旋轉(zhuǎn)而成的曲面?；剞D(zhuǎn)面與葉片相交在回轉(zhuǎn)面上形成一定的葉片形狀?；剞D(zhuǎn)面內(nèi)的求解可給出葉片間的流動狀況。由此可以求得通過兩葉片間準(zhǔn)正交線的質(zhì)量流量和密度。在校核流量之后，通過做近似計算，可以修正速度分布和回轉(zhuǎn)面流線形狀。

　　陳東風(fēng)計算到這里，才將將把二級壓氣機的葉輪機葉片的強度、進口外形和葉片外形設(shè)計完成。至于擴壓器和蝸殼基本沒有改變，陳東風(fēng)還是沿用以前的設(shè)計。接下來就要進入到燃燒室的理論設(shè)計。

　　由于進入燃燒室的氣體壓力講究是原先的2倍，又考慮到需要飛龍需要長巡航時間，需要省油的特性。陳東風(fēng)這次放棄了選用汽油，改用柴油來代替。

　　陳東風(fēng)再設(shè)計燃燒室容積的時候，首先考慮到在同樣的條件下1升柴油要比汽油的熱值高30%左右，二是燃燒室進氣量飛龍要比Mini2000多30%-40%，三是實際內(nèi)涵道需要的推力飛龍反而要比Mini2000低30%左右。所以再一個個的計算后，陳東風(fēng)反而縮小了聯(lián)管燃燒室的容積，比原來的小了20%。

　　陳東風(fēng)綜合計算下來在油箱體積達到60L的時候，巡航時間可以達到3個小時，飛行距離達到500公里。如果再掛載副油箱的話達到4個小時應(yīng)該問題不大。

　　燃燒室的變化不大，接下來是最為關(guān)鍵的渦輪葉片了。陳東風(fēng)考慮到實際的燃燒中柴油的用量要比原先的汽油少，導(dǎo)致渦輪前的氣流壓力要比原先小10%左右，為了維持渦輪葉片的轉(zhuǎn)速，陳東風(fēng)必須要改進在二元流動基礎(chǔ)上設(shè)計的渦輪葉片。

　　改進的方法就是前面提到的三元流動理論。通過優(yōu)化渦輪葉片的子午面和回轉(zhuǎn)面來提高渦輪葉片的氣動性能。于此同時，他還要盡可能的降低渦輪葉片的重量。在這兩種方法的同時作用了，飛龍的核心機轉(zhuǎn)速才可以和Mini2000基本相同。

　　內(nèi)涵道的部件級數(shù)學(xué)模型建立好了后，最為重要的就是外涵道的數(shù)學(xué)模型了，尤其是風(fēng)扇的模型。

　　考慮風(fēng)扇葉片的直徑較大，作為大涵道比的一個特征部件，將風(fēng)扇的內(nèi)涵道和外涵道部分進行分開建模。從部件特性中可以直接獲得風(fēng)扇外涵部件的特性，也稱為風(fēng)扇的葉尖部分。

　　風(fēng)扇的進口參數(shù)為進氣道部件的出口參數(shù)。由風(fēng)扇進口實際空氣流量以及風(fēng)扇相對換算轉(zhuǎn)速。根據(jù)葉尖特性插值數(shù)據(jù)求得風(fēng)扇外涵葉尖壓比?；陲L(fēng)扇外涵部件的壓比特性，可求得風(fēng)扇葉尖部分出口總壓，采用變比熱法計算風(fēng)扇葉尖部件的出口總溫。對于風(fēng)扇的葉根部分，考慮整個風(fēng)扇進口空氣流量唯一，故與風(fēng)扇外涵葉尖部分采用同一特性。

　　已知風(fēng)扇增壓級部件的設(shè)計點參數(shù)和特性，又增壓級進口的總壓和總溫等于風(fēng)扇內(nèi)涵，即葉根部分出口總溫和總壓。由風(fēng)扇內(nèi)涵增壓部件進口處空氣流量、風(fēng)扇內(nèi)涵增壓部件轉(zhuǎn)子相對換算轉(zhuǎn)速，插值此部件的特性并通過公式求得內(nèi)涵增壓級的壓比和增壓級的效率。

　　由風(fēng)扇內(nèi)涵增壓部件壓比可求得出口總壓，出口流量等于進口流量，則可以計算出風(fēng)扇的進口流量和風(fēng)扇內(nèi)涵增壓部件的出口流量、風(fēng)扇葉尖出口空氣流量、和涵道比。

　　根據(jù)以上得出的風(fēng)扇進出口流量和涵道比，在運用三元流動理論的基本原理和方程，就可以求出風(fēng)扇的強度和外形曲度了。

　　陳東風(fēng)和楊輝計算到這一步，基本上一個大涵道比的核心機模型就基本上完成了，剩下的修正系數(shù)就需要實際的實驗來得出了。