浅议发动机通风冷却系统的影响因素

丁大鹏

摘要

本文通过先从普通发动机的冷却系统到检测飞机风斗进入短舱的冷气流量的变化规律，对发动机通风冷却系统各影响因素进行分析，其中包括了发动机状态、飞行状态(高度、马赫数)对飞机短舱内温度波动的影响规律。结果表明，发动机状态是影响发动机通风冷却系统的主要因素。

关键词：短舱温度；冷气流量；发动机状态；飞行高度；飞行马赫数

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，Flight Maher numbers

1.冷却系统及其功能

冷却系统的功能是带走发动机因燃烧做功所产生的热量，使发动机维持在正常的运转温度范围内。发动机依照冷却的方式可分为气冷式及水冷式，气冷式是靠发动机带动风扇及车辆行驶时的气流来冷却；水冷式则是靠冷却水在发动机中循环来冷却。不论采何种方式冷却，正常的冷却系统必须确保发动机在各种行驶条件下都不致过热。

传统的冷却系统通常采用机械驱动的冷却水泵、冷却风扇和节温器,冷却介质的冷却强度取决于发动机转速,通常不能满足发動机实际运行时的散热需求,无法实现冷却液温度在各个工况内的合理控制。因此,采用电子控制手段,通过传感器和处理芯片根据实际温度调节冷却介质的流量,合理统筹冷却系统的各个部件，实现冷却系统部件的智能化控制是冷却系统发展的趋势之一

1.1冷却系统是一个复杂的耦合体,其流动、传 热过程与发动机整体各物理场相互耦合在一起,因此采用整体耦合方法对其进行模拟研究将是未来发展的必然趋势。

1.2通过改进各部件的结构、材料、尺寸、工作方式等使其与冷却系统达到最优匹配,提高了冷却系的效率。

1.3使用电控冷却部件能控制冷却介质的流量,能够实现发动机温度的精确控制,最大程度满足发动机在不同工况与环境条件下的散热要求,具有十分理想的应用前景；冷却系统的智能化控制是冷却系统发展的目标

2.飞机动力装置的冷却系统

在飞机动力及辅助动力装置(APU )的安装设计中，发动机及其附件、辅助动力装置及附件的通风冷却系统的设计是主要内容之一。在GJB243A一2004中明确规定了发动机的通风冷却系统要求：

2.1测量发动机发热部位的表面温度和正常温度要求下的附件工作温度，并对防火系统中的感温器设置的环境温度进行校对。

2.2测定发动枧外通道的冷却通风量。

2.3测评冷部系统专用装置的工作质量。

3.发动机通风冷却临界计算状态时应考虑的因素

王润升以Y7—200A为例，根据射流理论、气体动力学基本方程，采用伦挣伯格等人关于流体传热的四个基本解的结果，根据叠加理论给出环形通道中流动与换热的计算公式。研究结果表明，发动机通风冷却系统的动力来自排气引射器及通风冷却空气进、排气口的总压压差，而热载荷则取决于发动机使用的功率状态，因此确定发动机通风冷却临界计算状态时应考虑如下因素：

3.1飞机的飞行速度及飞行姿态。发动机舱外部的气压分布取决于飞机的飞行速度及飞行姿态，从而决定了冷却空气的进、排气口的压力差，影响着冷却空气的流量 ；

3.2飞行高度。飞行高度直接影响通风冷却气流的流量，最终影响发动机舱室及发动机的表面温度；

3.3发动机功率状态。发动机功率状态直接导致了发动机所散发的热量及排气引射器主喷口的燃气量、流速、总温、总压等参数，从而影响着冷空气的流量，进而影响发动机舱内的温度分布 。

以上三个影响因素可以归结为发动机状态和飞行状态(高度、速度)两点。发动机状态决定着发动机所散发的热量，飞行状态则影响着冷却空气的流量和温度，而散热量、冷却空气的流量、冷却空气的温度是决定发动机通风冷却系统是否符合设计要求的三个决定性因素。

总的来说，本文先从一般发动机的结构特点开始对其冷却系统进行了简要的阐述，随后结合试验结果来分析这些因素对飞机发动机短舱通风冷却系统的影响规律，为发动机通风冷却系统的设计、试飞鉴定工作提供了有利的技术参考。从一般到特别的研究方法最终都是为了分析发动机的通风冷却系统的影响因素，单但可能由于本人的研究不够深入，在很多方面没有仔细的斟酌，所以只是希望给有关研究人员做一个铺垫，关于发动机的冷却系统，还是有很多问题需要我们的研究。

4.参考文献：

[1] GJB243A一2004航空燃气涡轮动力装置飞行试验要求[S]． 2004．

[2] 王润升．飞机发动机及APU通风冷却系统设计计算[D]．西北工业大学，1999．

[3] 马明明．航空发动机短舱流动与换热计算研究[D]．西北工业大学， 2007．

[4] 谢永奇．直升机动力舱通风冷却系统仿真[J]．航空动力学报，2006，2l(3)：297—302．

[5] 钱翼稷．空气动力学[M]．北京航天航空大学出版社，2004．

[6] B．A．索苏诺夫，B．M．切普金．航空发动机和动力装置的原理、计算及设计[M ]．莫斯科国立航空学院，2003．