前/后置螺旋桨对涡桨发动机性能影响的整机试验

韦宇卿; 郭峰; 朱剑锋; 李伟; 黄兴

doi:10.13224/j.cnki.jasp.20210562

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前/后置螺旋桨对涡桨发动机性能影响的整机试验

气动热力学与总体设计 | 更新时间：2025-04-07

- 前/后置螺旋桨对涡桨发动机性能影响的整机试验
- Experiment on influence of front/after⁃mounted propeller on turboprop engine performance
- 航空动力学报 2022年37卷第1期页码：165-172
- 作者机构：
  
  1.厦门大学航空航天学院，福建厦门 361102
  2.中国航空发动机集团有限公司湖南动力机械研究所，湖南株洲 412002
- 作者简介：
  
  韦宇卿（1995-），男，硕士生，研究领域为飞发一体化设计。E⁃mail：34720191151095@stu.xmu.edu.cn
- 基金信息：
  
  中国航发自主创新专项资金项目(ZZCX⁃2018⁃017)
- DOI：10.13224/j.cnki.jasp.20210562
  中图分类号：
- 稿件说明：
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韦宇卿, 郭峰, 朱剑锋, 等. 前/后置螺旋桨对涡桨发动机性能影响的整机试验[J]. 航空动力学报, 2022,37(1):165-172.

Yuqing WEI, Feng GUO, Jianfeng ZHU, et al. Experiment on influence of front/after⁃mounted propeller on turboprop engine performance[J]. Journal of Aerospace Power, 2022, 37(1): 165-172.
韦宇卿, 郭峰, 朱剑锋, 等. 前/后置螺旋桨对涡桨发动机性能影响的整机试验[J]. 航空动力学报, 2022,37(1):165-172. DOI： 10.13224/j.cnki.jasp.20210562.

Yuqing WEI, Feng GUO, Jianfeng ZHU, et al. Experiment on influence of front/after⁃mounted propeller on turboprop engine performance[J]. Journal of Aerospace Power, 2022, 37(1): 165-172. DOI： 10.13224/j.cnki.jasp.20210562.

摘要

基于一款15 kW涡桨发动机，构建了带偏置进气道的前/后置螺旋桨整机试验台，探究了前/后置螺旋桨流动特性对涡桨发动机性能的影响规律。研究结果表明：随着燃气涡轮转速的增加，螺旋桨滑流增压效果增强、进气道内气流损失增加，其中相对换算转速64%及88%状态滑流增压效果分别为0.35%及0.7%，综合表现为前置状态下螺旋桨/进气道的综合总压恢复系数基本维持在100%；受制于前置螺旋桨滑流增压效果与外置传输轴功率损失的综合影响，在相同燃气涡轮转速下，前/后置状态的发动机拉力基本一致，但后置状态的螺旋桨转速增加2.8%~4%、出口排气温度增加11~22 ℃；相比于后置状态正上方压力相对偏高的图谱分布，前置状态下气流在进气道内沿螺旋桨旋转方向往右下角方向进行堆积，进气道出口呈现右下角压力高、左上角压力低的图谱分布，总压畸变指数有所降低。

Abstract

Based on a 15 kW turboprop engine，a test rig for a biased inlet adopting a front/after⁃mounted propeller configuration was built.And the influence of the front/after⁃mounted propeller configurations on the performance of turboprop engine was investigated.The results showed that：with the increase of the gas turbine speed，the pressurization effect of the propeller slipstream was enhanced and the airflow loss in the inlet duct increased.The pressurization effect of propeller slipstream was 0.35% and 0.7% at the relative corrected speed of 64% and 88%，respectively.It showed that when adopting the front⁃mounted configuration，the total pressure recovery coefficient of propeller/intake duct system was basically maintained at 100%；limited by both the slipstream pressurization effect from the front⁃mounted propeller and the power loss of the external transmission shaft，the engine pull was almost the same at the same gas turbine speed no matter the propeller was mounted front or rear，but the speed of the propeller in the rear position increased by 2.8%-4%，and the outlet exhaust temperature increased by 11-22 ℃；For the after⁃mounted propeller configuration，the distortion pattern was characterized by a relatively high pressure distribution at its upper part.In contrast，for the front⁃mounted configuration，since the airflow accumulated at the lower right corner along the direction of the propeller rotation，the distortion pattern at the outlet of inlet duct showed a distribution of high pressure in the lower right corner and low pressure in the upper left corner.And the total pressure distortion index decreased.

关键词

Keywords

references

刘沛清 . 空气螺旋桨理论及其应用 [M]. 北京 : 北京航空航天大学出版社 , 2006 .

周辉华 . 国外涡桨发动机的发展 [J]. 航空科学技术 , 2013 , 1 : 18 ⁃ 22 .

ZHOU Huihua . The development prospect of turbo⁃propeller engines [J]. Aeronautical Science and Technology , 2013 , 1 : 18 ⁃ 22 . （in Chinese）

夏天乾 . 可变桨距微型涡桨发动机控制系统设计与试验研究 [D]. 南京 : 南京航空航天大学 , 2019 .

XIA Tianqian . Research on control system design and experiment of a micro turboprop engine with variable pitch [D]. Nanjing : Nanjing University of Aeronautics and Astronautics , 2019 . （in Chinese）

ALEXIOU A , FRANTZIS C , ARETAKIS N , et al . Contra⁃rotating propeller modelling for open rotor engine performance simulations [R]. ASME Paper GT2012⁃69232 , 2016 .

SILVA V T , BRINGHENTI C , TOMITA J T , et al . A propeller model for steady⁃state and transient performance prediction of turboprop and counter⁃rotating open rotor engines [J]. Journal of Engineering for Gas Turbines and Power , 2018 , 140 （ 7 ）: 071201.1 ⁃ 071201.13 .

温占永 , 罗洋 . 中空长航时无人机恒速螺旋桨与发动机匹配研究 [J]. 航空工程进展 , 2020 , 11 （ 5 ）: 672 ⁃ 678 .

WEN Zhanyong , LUO Yang . Study on matching constant speed propeller for piston engine on MALE UAV [J]. Advances in Aeronautical Science and Engineering , 2020 , 11 （ 5 ）: 672 ⁃ 678 . （in Chinese）

史永运 . 螺旋桨动力系统桨发匹配技术研究 [D]. 南京 : 南京航空航天大学 . 2017 .

SHI Yongyun . Research on prop⁃engine cooperation technology of propeller power system [D]. Nanjing : Nanjing University of Aeronautics and Astronautics , 2017 . （in Chinese）

田超 . 航空涡桨发动机建模与控制的仿真研究 [D]. 南京 : 南京航空航天大学 , 2010 .

TIAN Chao . Simulation research on modeling and control of aero turboprop engine [D]. Nanjing : Nanjing University of Aeronautics and Astronautics , 2010 . （in Chinese）

PAKMEHR M , FITZGERALD N , FERON E , et al . Physics⁃based dynamic modeling of a turboshaft engine driving a variable pitch propeller [J]. Journal of Propulsion and Power , 2016 , 32 （ 1 ）: 646 ⁃ 658 .

LOPEZ⁃DIEZ A , RUIZ⁃CALAVERA L , CASTILLO⁃CALVO J , et al . Front end optimization of high speed turboprop engines [R].AIAA 2005 ⁃4204 , 2005 .

RUIZ‑CALAVERA L , FUNES‑SEBASTIAN D , PERDONES‑ DIAZ D . Powered model wind tunnel tests of a high‑offset subsonic turboprop air intake [R].AIAA 2010 ⁃6502 , 2010 .

罗天一 , 单鹏 , 孟斐 , 等 . 螺旋桨⁃自由涡轮涡桨发动机稳态/过渡态数值模拟 [J]. 航空动力学报 , 2017 , 32 （ 5 ）: 1176 ⁃ 1182

LUO Tianyi , SHAN Peng , MENG Fei , et al . Steady⁃and transient⁃state numerical simulation of turboprop engine of propeller⁃free⁃turbine types [J]. Journal of Aerospace Power , 2017 , 32 （ 5 ）: 1176 ⁃ 1182 . （in Chinese）

田超 , 黄向华 , 邓志伟 . 涡轮螺旋桨发动机建模与控制仿真 [J]. 航空动力学报 , 2010 , 25 （ 11 ）: 2599 ⁃ 2605 .

TIAN Chao , HUANG Xianghua , DENG Zhiwei . Modeling and simulation research of turboprop engine control technology [J]. Journal of Aerospace Power , 2010 , 25 （ 11 ）: 2599 ⁃ 2605 . （in Chinese）

刘婧妮 . 先进涡轴/涡桨发动机总体性能设计研究 [D]. 南京 : 南京航空航天大学 , 2015 .

LIU Jingni . Research of the advanced turboshaft/turboprop engine performance design [D]. Nanjing : Nanjing University of Aeronautics and Astronautics , 2015 . （in Chinese）

周诗睿 , 李博 , 周杨 , 等 . 螺旋桨滑流对发动机进气道气动性能的影响 [J]. 航空动力学报 , 2019 , 34 （ 6 ）: 1322 ⁃ 1333 .

ZHOU Shirui , LI Bo , ZHOU Yang , et al . Aerodynamic performance influence of propeller slipstream on engine intake [J]. Journal of Aerospace Power , 2019 , 34 （ 6 ）: 1322 ⁃ 1333 . （in Chinese）

潘鑫智 . 螺旋桨与发动机短舱/进气道的气动影响研究 [D]. 南京 : 南京航空航天大学 , 2014 .

PAN Xinzhi . Research on aerodynamic interference between propeller and engine nacelle/intake [D]. Nanjing : Nanjing University of Aeronautics and Astronautics , 2014 . （in Chinese）

李博 , 梁德旺 , 黄国平 . 基于等效盘模型的滑流对涡桨飞机气动性能的影响 [J]. 航空学报 , 2008 , 29 （ 4 ）: 845 ⁃ 852 .

LI Bo , LIANG Dewang , HUANG Guoping . Propeller slipstream effects on aerodynamic performance of turbo⁃prop airplane based on equivalent actuator disk model [J]. Acta Aeronautica et Astronautica Sinica , 2008 , 29 （ 4 ）: 845 ⁃ 852 . （in Chinese）

靖建朋 , 郭荣伟 . 弹用S弯进气道气动性能试验 [J]. 航空动力学报 , 2009 , 24 （ 9 ）: 2085 ⁃ 2090 .

JING Jianpeng , GUO Rongwei . Experimental investigation of pneumatic characteristics for S⁃shaped inlet in missiles [J]. Journal of Aerospace Power , 2009 , 24 （ 9 ）: 2085 ⁃ 2090 . （in Chinese）

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