二十一世纪的航空技术(7)——推进技术(上)

推进技术对改进商用飞机的巡航经济性和对环境的影响有独特的作用。前三代燃气涡轮发动机中采用了提高涡轮进口温度,增大压气机压比、增加涵道比、改进风扇和短舱性能、降低噪声和污染并增强可靠性的技术措施而成为世界商用飞机市场的主宰。由于发动机/飞机一体化技术的进展,新发动机技术的发展将持续到下一个10年至20年,这样,到20O5～2015年间将有超级推进系统投入使用。 这些成就的获得取决于继续发展改进的、新的材料加工技术的发展、叶轮机技术和燃烧技术的进展,以及计算流体力学(CFD)在发动机设计方法     

计算流体力学在航空叶轮机设计中的应用

计算流体力学(CFD)在航空发动机叶轮机设计和分析中 的重要性日益明显。本文介绍了在叶轮机设计中CFD的意义、叶轮机 CFD发展概况及CFD发展中的几个问题。     

氢氧发动机上阶跃式混合比调节──新型液体推进技术

论述了氢氧发动机上推进剂流量调节技术的方案设计、参数计算、试车结果及研制中的技术问题。结果表明，研制的阶跃式混合调节系统能按箭上程序可靠工作，参数满足设计要求。     

小型涡喷发动机整机流场数值模拟技术研究

为计算某小型弹用涡喷发动机流场,研究了针对涡喷发动机整机的建模、网格处理以及动态工作点确定等关键技术。通过复杂结构部件建模和拼接,建立了涡喷发动机整机流场计算网格,理论模型中考虑了叶轮流场、湍流和燃烧过程的模拟,并以作用转子上气动力矩为基础计算转子的转速。在通用计算流体力学（CFD）软件中,通过编写UDF程序构建了发动机流场的计算框架。结果表明：全机流场仿真技术为分析涡喷发动机工作过程提供了有力工具,同时揭示了几何建模的精度等因素对计算结果准确性有较大影响。     

涡轮基组合动力技术发展分析

在高超声速推进系统中,涡轮基组合动力装置凭借宽广的飞行范围和良好的比冲性能,成为临近空间飞行器的主要候选动力装置。历经几十年发展,其在关键技术方面取得了诸多突破,目前正向着工程研制方向迈进。通过对国外TBCC动力技术的发展路径、技术特点、研制经验进行系统分析,认为TBCC动力技术研究主要围绕高速涡轮发动机、冲压发动机以及组合循环发动机的技术验证开展。用于TBCC动力的涡轮发动机首选是现有发动机的改进,未来可能在继承涡轮发动机先进技术的基础上,针对高马赫数任务场景等特点进行适应性设计,发展高速涡轮发动机;冲压发动机技术进展显著,但还需向大尺寸方向发展;模态转换技术虽然取得一定突破,但还需深入验证。基于未来临近空间飞行器的需求,立足于现有技术基础和可预见的技术方向,分析提出了TBCC动力技术发展建议：提前开展关键技术预研、基于现有资源发展演示验证平台及进行基于技术发展需求的飞发协同设计。     

CFD技术在目标电磁特性计算中的应用

电磁学中麦克斯韦方程组和流体力学中无粘流动欧拉方程一样,都是具有实特征值的双曲型偏微分方程组,相同的数学特性使得计算流体力学(CFD)技术能够在计算电磁学(CEM)中得以应用。采用MUSCL格式结合Steger-Warming分裂计算电磁通量,采用4阶Runge-Kutta法计算非定常时间推进,借鉴CFD方法计算电磁场边界条件;采用时域有限体积法(FVTD)数值模拟宽带脉冲波、完全导电体、含吸波材料涂层介质/金属混合体以及复杂外形目标的电磁散射。结果表明:基于CFD的FVTD方法能够高精度地计算目标的电磁特性。     

高速涡轮发动机技术发展浅析

根据高速飞行器的发展趋势,介绍了高速涡轮发动机概念及应用背景。通过分析国外典型高速涡轮发动机产品及研制计划,归纳出高速涡轮发动机的基本特征:以现有涡轮发动机为基础,采用组合循环、进气预冷等扩包线技术,具有耐高温能力。鉴于此,提出高速涡轮发动机的发展,需突破进气预冷、先进加力/冲压燃烧室设计、冷却与热防护、先进进排气系统设计等关键技术。同时,对高速涡轮发动机的技术发展也提出了初步设想。     

CFD技术在航空发动机空气系统设计中的应用

结合航空发动机空气系统的功能和设计特点,介绍了空气系统的设计分析技术现状;以2种发动机典型结构为例,采用商用CFD软件完成了流动与换热特性分析。CFD技术是现有分析技术的有益补充,是空气系统设计分析技术精细设计的重要工具,其数值模拟结果对工程设计具有指导意义。     

第十八届全国计算流体力学会议征文通知(第一轮)

<正>为加强我国计算流体力学(以下简称CFD)学术交流和人才培养,推动我国CFD研究、发展和应用,拟定于2019年6月中下旬在西安(具体时间另行通知)召开"第十八届全国计算流体力学会议",会议由中国空气动力学会、中国力学学会、中国航空学会和中国宇航学会主办,中国空气动力学会计算空气动力     

空气动力学新概念,探索未来飞行器——访空气动力学专家,美国迈阿密大学查戈成教授

正查戈成ZHA Gecheng迈阿密大学教授Professor of University of Miami美国迈阿密大学空气动力学和计算流体力学(CFD)实验室主任,迈阿密大学绿色航空中心主任,研究领域包括新概念飞行器设计,计算流体力学,主动流动控制,非线性流固耦合,飞机、发动机、压气机气动设计,超声速客机音爆问题等。担任NASA创新先进概念(NASA     

CFD技术在航空工程领域的应用、挑战与发展

计算流体力学(CFD)技术在航空工程领域发挥着重要作用。总结了CFD技术在航空工程领域中的应用,系统阐述了气动设计、气动弹性、气动噪声、数字化飞行等多学科耦合计算领域对CFD技术的需求,结合实际工程应用分析了CFD技术面临的主要挑战。总结了近年来CFD技术在流动分离、边界层转捩、高精度方法和运动网格技术等领域取得的研究成果以及在气动特性评估、流动机理分析、气动设计、气动弹性、气动噪声等工程领域中的应用。进一步展望了CFD数值模拟未来的几个关键技术以及应用前景。     

开式转子发动机对转桨扇设计

高推进效率的对转桨扇是开式转子发动机最关键的部件之一。国外航空强国对其开展了大量的CFD计算分析及试验验证工作,优化气动性能,降低噪声等级,以满足适航标准;国内目前尚缺乏对开式转子对转桨扇设计技术和CFD分析的相关研究。本文在现有压气机设计技术的基础上,改进CFD设计分析方法,探索设计出开式转子发动机的对转桨扇,并进行了三维定常流场分析。通过与国外文献研究结果的分析对比,初步验证了本文设计和计算结果的合理性。     

未来民用航空发动机技术

近期技术进展过去20年里,基于计算流体力学(CFD)的流动预估方法已经取得了很大进展.CFD应用于涡轮设计的主要贡献是使用多级分析能力.有三种不同方法可计算多级压气机内的时间平均流动:第一种方法是计算通过每一叶排的流动时,假定进出口周向边界条件均匀分布;第二种方法,名为“平均通道”法,是用于精确估算多级压气机的时间平均流动,相邻叶     

大型通用CFD软件体系结构与数据结构研究

针对大型通用CFD软件研制的需求,从新一代结构/非结构混合流场解算器的研制出发,着重研究了大型CFD软件的体系结构和数据结构。首先,针对未来计算流体力学对大型通用CFD软件的需求进行了分析,对软件研制中将要面对的各种计算网格、物理模型、计算方法以及未来多学科耦合计算的发展趋势进行了充分的需求评估。在此基础上,提出了采用面向对象软件设计技术、进行大型CFD软件体系结构和数据结构设计的方法,包括软件的整体架构、层次结构等,其间提出了运行数据库的概念。最后,研制了基于结构/非结构网格的结构/非结构混合解算器(HyperFlow),并通过典型算例对软件进行了验证,同时推广应用于不可压缩非定常流计算、高阶精度DG/FV混合算法等领域,表明本文提出的CFD软件体系结构和数据结构具有良好的通用性和可扩展性。     

基于安装性能的航空发动机中间状态喷管调节计划优化

以Matlab为平台,结合MS-DOS命令和计算流体动力学（CFD）软件操作日志,成功实现将发动机零维总体性能计算程序和二维喷管内外流场CFD软件结合的数值缩放技术.为优化飞机推进系统巡航状态性能,耦合飞机后体阻力优化航空发动机喷管喉道面积、喷管出口面积的调节计划.计算结果表明:在保持发动机稳定裕度的前提下,如仅优化喷管出口面积,在大马赫数飞行状态时安装推力提高超过1%.      

小型推进系统进发匹配高速风洞特种试验技术研究

为检验弹类等小型飞行器推进系统的进气道与发动机工作匹配特性,在暂冲式高速风洞研制了适于小型推进系统进发匹配测试的特种试验技术.研究分析了小型推进系统进发匹配高速风洞试验模型和支撑系统气动和结构问题,给出了试验方案与试验流程,解决了环境污染、试验安全性、模型热防护等关键技术问题.试验表明利用现有暂冲式风洞,能够在地面试验阶段解决小型推进系统进发匹配问题,实现发动机高空试验台或推进风洞的进发匹配试验功能,能为小型推进系统在模拟外流条件下的进发匹配测试提供良好的试验环境,具有工程应用价值.     

推进系统性能分析

本文应用我们所建立的推进系统性能计算程序,研究进气道-发动机-喷管匹配,分析了各种设计参数和使用条件对推进系统性能的影响,并把推进系统和飞机组成一个系统,进行发动机最佳循环参数的优选。     

航空发动机叶片CAD技术综述

航空发动机是飞机的"心脏"。航空发动机研制技术复杂,投资巨大,周期长。各国航空发动机行业在突破航空发动机设计技术、材料科学技术和制造技术的同时,广泛采用CAD技术,大力推进产品的信息化。     

用于工程开发的集成化支持系统(CISSEN)

用于工程开发的集成化支持系统(Computer Integrated SupportSystem for ENgineering development)CISSEN 是由航空发动机公司组织开发,并由航空航天部631、606和608研究所共同研制的集成化支持环境CISSEN 是由数据库系统、几何设计系统,通用有限元程序、通用算法库、软件工程环境、数据通信与网络系统组成,通过软件构架(Framework)把它们综合起来共同为五程应用软件的开发服务。在 CISSEN 支持下,实现了航空发动机行业 CADESEN(Computer AidedDesign Integrated System for aero-ENgine)的总体设计分系统的集成。该分系统采用不同的应用模块进行涡喷涡扇与涡浆涡轴两种不同类型发动机的总体性能设计。其中涡喷涡扇部分有十个五程应用模块,涡浆涡轴含六个工程模块。本文将结合航空发动机行业的特点扼要介绍 CISSEN 系统的研制背景、设计思想、系统构成、软件层次与实现方法。     

涡轮冲压组合发动机加力/冲压燃烧室

为了解加力/冲压燃烧室内流场分布特性,利用0维串联式涡轮冲压组合发动机(TBCC)性能计算程序得到发动机主要截面参数结果。基于计算流体力学（CFD）模拟方法,进行了小型涡轮冲压组合发动机在关加力模态、开加力模态、模态转换和冲压模态下加力/冲压燃烧室内部流动及燃烧模拟,分析了单环和双环火焰稳定器对加力/冲压燃烧室长度等方面的影响,通过对比可知：在同等长度下含有双环火焰稳定器的燃烧室出口温度更高