尾吊布局民机机体和发动机一体化设计对发动机短舱安装位置的设计要求和设计方法

引言 作为一项民用飞机气动研究项目,飞机机体和发动机一体化设计的一个重要组成部分是设计要求和设计方法的研究,本文依据作者在飞机机体和发动机一体化设计计算研究中的体会,结合国外发动机公司在这方面的经验,总结了尾吊布局民机机体和发动机一体化设计要求.     

飞机／推进系统一体化设计

飞机 /推进系统的一体化设计是从整个飞机系统出发来进行机体、发动机的研究设计。这一设计方法要求根据具体飞机的设计要求 ,从整体出发 ,在综合考虑飞机、发动机等性能的基础上 ,优选出飞机 /发动机的设计方案 ,使得飞机的性能最优。对飞机 /推进系统一体化设计的概念、程序和研究内容 ,以及如何获得最佳匹配进行了介绍 ,给出了实例。     

基于飞机/发动机性能一体化的发动机控制规律优化设计方法研究

针对发动机控制规律的选取对飞机/发动机性能一体化设计的影响,基于飞机/发动机性能一体化设计方法,开展了发动机控制规律优化设计方法研究。从先进战斗机飞行任务出发,开展了飞机/发动机性能一体化设计方法研究,进行约束分析和任务分析,以起飞总重最低为目标优选飞机/发动机设计方案,验证了设计方法的合理性。采用飞机/发动机性能一体化设计方法,分别研究了不同节流比和不同控制规律设计对飞机/发动机性能一体化设计的影响。研究表明:在飞机/发动机性能一体化设计过程中,采用合理的发动机最大状态控制规律同时选取恰当的发动机节流比,可以有效扩大约束可行域,同时能够降低发动机的燃油消耗量,降低飞机起飞总重。     

基于飞/发性能一体化快速迭代的循环参数匹配

针对150 kN级大涵道比涡扇发动机总体性能参数匹配设计问题,以A340-300飞机对发动机的任务需求为例,采用基于飞/发性能一体化快速迭代优化方法,将飞机/发动机一体化设计与发动机总体性能优化设计进行耦合迭代,对多约束条件下的大涵道比涡扇发动机总体性能方案进行优化设计。结果表明：在保证发动机满足飞机任务需求和任务载荷要求,以及发动机尺寸、质量、污染排放要求等约束条件下,飞机的最大起飞质量较初始方案减轻约14.33%,较A340-300飞机的最大起飞质量减轻约8%～9%;燃油消耗量较初始方案减少约20.6%;在保证发动机与飞机良好匹配性的前提下,通过飞发优化迭代使发动机和飞机的设计难度都有一定程度地降低。采用的研究思路与方法是合理、可行的,具有工程实用价值。     

航空发动机稳态总体气动特性的逆向仿真研究

由于缺乏发动机稳态工作的气动参数数据,飞机/发动机气动一体化设计遇到了困难。为此对某型航空发动机的离散试车数据点进行了多元高次多项式拟合,建立了该型号发动机的稳态特性曲线。在此基础上进行了发动机的总体气动性能逆向仿真研究,建立了该型号发动机进出口气动参数随工况变化的关系曲线,为某型飞机的机体/发动机一体化气动设计提供了依据。      

未雨绸缪——谈现代战斗机飞机/进气道一体化设计

飞机/发动机的一体化设计,是能否充分发挥飞机总体布局的潜力和使动力能否得到最大效能应用的关键之一,作为一个飞机动力系统的“前端”——进气道,直接会影响到整个飞机的流场和发动机内部流场,更是会“首当其冲”地影响到飞机的总体性能,因而在飞机初步设计阶段就应当对飞机/进气道的一体化设计给予足够的重视,吸取以往国内外型号设计中因进气道布局不当所带来的经验和教训.     

机动飞机／发动机设计参数的一体化选择

发展了一种机动飞机／发动机设计参数的一体化选择方法和软件。根据机动飞机的飞行任务要求，确定设计目标和约束，其中包括飞机性能约束和发动机部件设计约束，并以此对飞机的主要设计参数和发动机循环参数进行一体化优选。该软件由飞机几何、飞机质量、飞机气动性能、发动机非安装和安装性能、发动机质量和外廓尺寸、飞机性能、优化等模块组成。此软件已应用于已有机动飞机／发动机的改型方案论证和未来高机动飞机／发动机方案的分析研究，本文给出部分计算实例。使用此软件的经验表明，计算结果合理，计算精度和所需时间适合于飞机／发动机系统方案论证和初步设计。     

涡轮冲压组合发动机在超声速客机上的应用方案研究

为研究涡轮冲压组合发动机(Turbine Based Combined Cycle,TBCC)在超声速客机上的配装可行性,以Ma4超声速客机典型飞行任务需求为牵引,采用飞/发一体化约束分析与任务分析方法,建立了Ma4客机/TBCC发动机的一体化设计模型,确定了满足宽范围机动性需求的起飞推重比和满足航程需求的飞机起飞重量,对比分析了起飞推重比、模态转换马赫数、爬升轨迹等因素对飞机任务特性的影响。研究结果表明,TBCC发动机可满足Ma4客机配装需求,满足Ma4客机典型任务剖面机动性需求的起飞推重比应在0.6以上,满足60人商载与4000km航程任务需求的飞机起飞总重在50t～60t量级。     

民用飞机发动机一体化气动设计相关技术初探

飞机发动机一体化气动设计是翼吊布局飞机设计的重要组成部分。为解决飞机与发动机之间的一体化设计问题,人们在设计过程中从不同角度尝试众多解决方案,形成很多典型技术专利,积累了宝贵经验。通过分析较为典型的方案,以展现一体化气动设计技术发展的脉络和趋势。     

翼身融合布局飞机机体-发动机气动干扰效应

翼身融合（BWB）布局飞机是一种相对较新的飞行器概念，具有商业运输飞机的潜在用途。研究表明，翼身融合布局客机可获得比常规布局客机更好的性能。但是，由于各方面限制，BWB飞机不宜使用传统的机翼安装或机身安装的发动机布局，发动机背部安装成为首选布局。然而，背部安装发动机容易产生激波、分离、进气畸变等空气动力干扰问题，发动机与机身一体化的气动设计已成为BWB飞机发展的关键技术。针对BWB布局飞机的机体和发动机之间的气动干扰进行了数值研究，结果表明，背部安装发动机对BWB布局飞机的全机气动特性和发动机本身的推力性能都会产生较为明显的影响。     

吸气式高超声速飞行器机体/推进一体化设计技术研究进展及分类对比分析

为了探索吸气式高超声速飞行器机体/推进一体化设计技术新理念,按照高超声速飞机和SSTO/TSTO分类对其一体化设计技术主要研究进展进行了对比分析,结果表明:高超声速弹用一体化设计技术采用将进气道直接作为前体的方案较多;高超声速飞机一体化设计技术需重点兼顾宽速域整体气动性能;SSTO/TSTO一体化设计技术则由于火箭发动机的引入在一定程度上改善了其对一体化设计的具体需求;同时,近年来高超声速内/外流"弱干涉"和"无干涉"等新型一体化设计技术已逐渐成为一个重要发展方向。对背负式进气的内/外流"无干涉"一体化和常规腹部进气的前体预压缩内/外流"强干涉"一体化方案开展初步对比,研究表明"无干涉"一体化方案升阻比等气动性能更优,同时整体气动特性对飞行条件变化不敏感,具有更好的宽速域适应性,值得进行深入研究。     

边界层吸入技术在N＋3代民机中的应用

美国航空航天局（NASA）认为，新的推进系统一机体一体化布局设计在改善飞机性能方面的潜力十分巨大。因此，在未来N＋3代民用运输机计划中，NAsA投入了数十亿美元以寻求新的方案。在研发过程中，飞机和发动机制造商打破了以往单打独斗的工作模式，共同发展推进效率更高的推进系统一机体一体化布局，独特的边界层吸入（BLC）技术便是其中的一个亮点。     

背撑发动机进排气对翼身融合民机气动特性影响

针对翼身融合(BWB)背撑发动机布局民机的发动机与机体流动干扰问题,以项目团队研究的某BWB布局民机方案为研究对象,采用CFD方法研究了发动机进排气对全机低、高速气动特性的影响规律及其流动机理。结果表明:进排气效应主要影响飞机的高速阻力特性,随着发动机进气流量的减小,机体/短舱之间流动干扰加剧,机体零升阻力增加；进排气效应对低速状态升力和俯仰力矩的影响主要由发动机的抽吸作用对机体表面流动的干扰引起。发动机不同的进气流量会对全机的升阻力特性产生较大影响,在BWB布局机体/发动机一体化设计中,要充分考虑机体与动力装置之间的干扰影响,同时权衡不同进排气状态对机体和发动机当地流动的影响。      

飞/发性能一体化技术在航空发动机设计中的应用

分析了国内外飞/发性能一体化设计技术的发展,中国现处于飞机和发动机双方通过协调确定各自技术状态阶段,尚未开展系统一体化设计。详细阐述了前机身、进气道与发动机在流场、流量及隐身性能,发动机尾喷管与飞机后机身在安装性能、隐身性能,飞机功率提取、环控引气与飞/发性能、稳定性等一体化设计技术的研究内容。详细分析了在航空发动机研制中应用飞/发性能一体化技术的主要关注点,并指出了飞/发一体化设计技术推广应用的方向。     

通用飞机发动机一体化试验平台的设计与应用

为测量发动机装机后的推力等性能指标,设计了一个通用飞机发动机一体化试验平台。该平台采用可调式品字布局,能有效兼容不同类型飞机推力测量试验需求。测控系统采用网络式多数据源融合测试结构,可通过多种方式同步测量多台发动机性能数据和推力数据。使用该试验平台对大型运输机发动机的装机推力进行了直接测量,结果表明:试验平台各系统工作良好,测试精度满足飞机推力测量技术要求。     

民用发动机空中慢车性能设计方法

空中慢车是应用于飞机空中下降过程的最小推力状态.为实现飞机与发动机性能的优化匹配,空中慢车需要在设计阶段综合考虑飞机性能和用户系统、发动机自身运行特性3方面的要求,包括飞机正常下降率、引气、功率提取、发动机附件运行和本体运行限制等设计需求.通过空中慢车设计需求分析并结合发动机推力控制模式,给出了基于引气压力的慢车设计方法和设计流程,并根据型号应用经验讨论了设计中的常见问题和对应处理方法.     

从航空发动机视角看飞/发一体化问题

从航空发动机视角对现役民用航空发动机、军用第3、4代航空发动机、在研高超声速飞行器组合动力装置、变循环发动机及智能发动机等设计中的飞/发一体化关键技术进行分析,总结了现役发动机进/排/发一体化设计、飞/发隐身一体化设计、第4代发动机飞机引气与轴功率提取的发动机一体化管控、高超声速飞行器进/排/发一体化设计、变循环发动机及智能发动机飞/发一体调控等关键技术研究情况,以期为推动航空发动机在飞/发一体化技术领域的快速发展提供有益参考。     

F/A-18E/F飞机发动机的CARET进气道

介绍了与F／A－18E／F飞机发动机提高性能相适应的、设计Ma=2．0的固定几何的“CARET”进气道的设计，分析了新设计的E／F进气道性能和机体／进气道一体化的模型风洞试验结果。该进气道新概念设计对我国在研或预研的某些机种都有较好的参考与借鉴价值。     

发动机安装车技术分析

发动机安装车是一种重要的飞机保障设备及工艺装备,用于拆装发动机以及机体大部件承载运输等,在保障飞机使用和维护、总装试飞等方面有重要作用.现代喷气战斗机发动机安装车是较为复杂的机械设备,由多种机构和系统构成.建立在对国外众多战斗机发动机安装车产品实例进行充分研究的基础之上,首先概述发动机安装车的发展,然后重点总结和分析发动机安装车的相关技术,包括设计要求和协调设计,技术特点,结构组成,连杆系统关键技术,标准化、通用化、系列化设计,发展趋势等,接着分析先进发动机安装车实例,最后进行总结和展望.     

飞机和发动机控制一体化设计方法标准研究

针对国内飞机与发动机控制一体化设计标准全面展开研究工作,围绕飞机、发动机控制架构和使用分析、系统功能、性能需求设计分析、系统工作环境、与飞机/发动机接口关系设计分析、系统可靠性、维修性、保障性、安全性、测试性要求设计分析等提出了标准编制的内容要求,并对标准验证中试验验证要求提出建议,未来为标准制定提供技术支撑和借鉴。