第四十六章 设计复杂 开始建模（1 / 1）

陈东风和杨辉在经过半个多月的自学，再加上向老师请教后，陈东风觉得自己已经基本掌握三元流动理论的基本应用，可以比较熟练的使用理论里面的方程了。因此他和杨辉商量后，就决定开始动手进行理论设计，而杨辉进度稍慢，只能一边跟着陈东风设计，一边再自学了。

陈东风在设计mini2的离心式压气机的时候是以二元流动理论为基础，并加以适当的工程上的修正，修正系数是在做实验的时候确定的。这种方法有较大的局限性，特别是这种二元流动理论不能确切地描绘出压气机通流部分流动的真实情况，尤其是它不适用于大流量、大功率、高效率的压气机，二元流动理论的局限性也在于这里。

陈东风为了把真实的流动加以简化和抽象突出主要的影响因素，这就需要做一些假定，这些假定的精确程度和适用范围是已经在生产实践和实验中加以验证过的。目前在做三元流动分析时的基本假定有四个个。

一是流体(即被压缩的气体介质)是非粘性的，也就是理想流体。因此流体微团之间和流体微团与壁面之间的摩擦力与热交换不予考虑。至于粘性及传热对流动总效果的影响，由于飞龙的速度设计的很小，在这里就忽略不计了。

二是流体的状态变化由完全气体状态方程来描述，即p=prt(p是气体的密度，r是气体常数，t是气体温度)。

三是流体在固定流道(如扩压器)内的运动是定常的，即运动状况不随时间变化。流体在叶轮中的运动相对于转动坐标系也假定是定常的，即相对于随叶轮一起转动的坐标系来说，流体的运动状况也不随时间变化。

四是由于一般被压缩气体介质的重度都较小，因此忽略流体的重力作用。

在这些基本假定之下，陈东风建立一组流体的运动方程，即基本方程，来描述流体在离心式压气机内运动的状况。这些方程计有反映流体受力状况的运动方程，反映流体能量转换与守恒的能量方程和反映流体质量守恒的连续性方程。

陈东风只有把这些基本方程求解出来后，才可以进行压气机子午流面三元流动分析和回转面的三元流动分析。

根据子午流面的计算，可以得到叶轮出口参数及中间流面(或子午面)上的速度、压力等分布，由此衡量叶轮气动性能的优劣，并提出改进的办法。

回转面是由子午流线绕z轴旋转而成的曲面。回转面与叶片相交在回转面上形成一定的叶片形状。回转面内的求解可给出叶片间的流动状况。由此可以求得通过两叶片间准正交线的质量流量和密度。在校核流量之后，通过做近似计算，可以修正速度分布和回转面流线形状。

陈东风计算到这里，才将将把二级压气机的叶轮机叶片的强度、进口外形和叶片外形设计完成。至于扩压器和蜗壳基本没有改变，陈东风还是沿用以前的设计。接下来就要进入到燃烧室的理论设计。

由于进入燃烧室的气体压力讲究是原先的2倍，又考虑到需要飞龙需要长巡航时间，需要省油的特性。陈东风这次放弃了选用汽油，改用柴油来代替。

陈东风再设计燃烧室容积的时候，首先考虑到在同样的条件下1升柴油要比汽油的热值高3%左右，二是燃烧室进气量飞龙要比mini2多3%-4%，三是实际内涵道需要的推力飞龙反而要比mini2低3%左右。所以再一个个的计算后，陈东风反而缩小了联管燃烧室的容积，比原来的小了2%。

陈东风综合计算下来在油箱体积达到6l的时候，巡航时间可以达到3个小时，飞行距离达到5公里。如果再挂载副油箱的话达到4个小时应该问题不大。

燃烧室的变化不大，接下来是最为关键的涡轮叶片了。陈东风考虑到实际的燃烧中柴油的用量要比原先的汽油少，导致涡轮前的气流压力要比原先小1%左右，为了维持涡轮叶片的转速，陈东风必须要改进在二元流动基础上设计的涡轮叶片。

改进的方法就是前面提到的三元流动理论。通过优化涡轮叶片的子午面和回转面来提高涡轮叶片的气动性能。于此同时，他还要尽可能的降低涡轮叶片的重量。在这两种方法的同时作用了，飞龙的核心机转速才可以和mini2基本相同。

内涵道的部件级数学模型建立好了后，最为重要的就是外涵道的数学模型了，尤其是风扇的模型。

考虑风扇叶片的直径较大，作为大涵道比的一个特征部件，将风扇的内涵道和外涵道部分进行分开建模。从部件特性中可以直接获得风扇外涵部件的特性，也称为风扇的叶尖部分。

风扇的进口参数为进气道部件的出口参数。由风扇进口实际空气流量以及风扇相对换算转速。根据叶尖特性插值数据求得风扇外涵叶尖压比。基于风扇外涵部件的压比特性，可求得风扇叶尖部分出口总压，采用变比热法计算风扇叶尖部件的出口总温。对于风扇的叶根部分，考虑整个风扇进口空气流量唯一，故与风扇外涵叶尖部分采用同一特性。

已知风扇增压级部件的设计点参数和特性，又增压级进口的总压和总温等于风扇内涵，即叶根部分出口总温和总压。由风扇内涵增压部件进口处空气流量、风扇内涵增压部件转子相对换算转速，插值此部件的特性并通过公式求得内涵增压级的压比和增压级的效率。

由风扇内涵增压部件压比可求得出口总压，出口流量等于进口流量，则可以计算出风扇的进口流量和风扇内涵增压部件的出口流量、风扇叶尖出口空气流量、和涵道比。

根据以上得出的风扇进出口流量和涵道比，在运用三元流动理论的基本原理和方程，就可以求出风扇的强度和外形曲度了。

陈东风和杨辉计算到这一步，基本上一个大涵道比的核心机模型就基本上完成了，剩下的修正系数就需要实际的实验来得出了。