2003年吸气式推进技术的进展

2003年是人类历史上实现有动力飞行的第100年;;在这一年里;;世界吸气式推进技术取得了巨大发展。其中;;最重大的事件之一是A380的领先发动机遄达900发动机首次试验即达到了取证推力;;GE90-115B涡扇发动机取得了FAA型号合格证。另外;;欧洲和北美的重要航空发动机技术计划继续取得成功。同时;;超燃冲压发动机技术取得了重要进展;;航空喷气公司和普·惠公司的发动机地面试验都达到了重要的里程碑。     

PW公司准备研制远程攻击机和侦察机的发动机

在成功衍生研制了JSF的动力装置F135发动机后 ,PW公司准备以F119发动机为基础再衍生研制未来远程攻击机和远程侦察机的发动机。另外 ,美国空军还试图以F119发动机为基础研制大型无人侦察机的发动机。　　远程攻击机在执行攻击任务时要求具有高的飞行速度和长的飞行距离 ,远程侦察机要求具有非常长的续航时间、较弱的红外和雷达信号以及需要用于驱动传感器和各种情报采集设备的电力。为此 ,PW公司正在为F119未来改进型发动机开发和验证以下技术 :1)开发长航时超声速巡航技术 ,使未来飞机能够以超声速飞行几个小时 ;2 )开发用于旋转结构…     

美国两型军用航空发动机飞行试验经验及启示

本文回顾了美国军用航空发动机F100和F110的飞行试验,总结了两型机飞行试验的经验,即科研试飞是军用航空发动机研制中的一个重要组成部分,是暴露和解决问题的过程,需要合适的飞行平台,整个飞行试验需要大量的试飞飞机和发动机以及各方的密切合作。     

动态消息

F135发动机研制工作的新进展继2005年12月向洛克希德·马丁公司交付首台F135飞行试验型发动机之后,PW公司分别于2006年6月和8月向洛克希德·马丁公司交付了第2,3台F135飞行试验型发动机。首台F135飞行试验型发动机于2006年6月,在美国航空站的室内试验台上成功地完成了运转试验,     

F135发动机成功完成首次超声速飞行

据普惠公司网站报道，2008年11月25日，普惠公司F135发动机成功完成首次超声速飞行，飞行的最高速度达马赫数1．05。首次超声速飞行是F135发动机验证能力和性能的一个重要里程碑，     

第4代战斗机发动机控制系统和其技术特点

综述了EJ200、M88-2、F119、F135等第4代战斗机发动机控制系统的设计思想、硬件和软件结构,总结了其采用的全功能数字式发动机控制系统(FADEC)、容错控制技术、故障诊断与隔离技术、多变量控制技术等的特点.     

F135发动机研制工作的新进展

继2005年12月向洛克希德·马丁公司交付首台F135飞行试验型发动机之后，PW公司分别于2006年6月和8月向洛克希德·马丁公司交付了第2，3台F135飞行试验型发动机。     

航空发动机全权限数控系统飞行演示试验及分析

航空发动机全权限数字电子控制系统飞行演示验证的成功标志着我国在航空发动机控制领域取得了重大技术突破。本文针对首次进行的航空发动机全权限数字电子控制系统验证试飞,简述了试验的目的、内容、方法,并根据试验结果及分析给出了试飞结论。最后,本文还对航空发动机全权限数字电子控制系统的发展和要解决的技术予以了展望。     

美国航空航天平台与推进系统的未来发展及启示

介绍了美国20世纪50年代以来的航空航天预研计划详细内容及实施情况,分析了美国航空航天发展战略并归纳总结了支撑该战略的航空飞行平台、临近太空飞行平台、进入太空飞行平台和太空飞行平台的发展和特点,综述了可用于4大飞行平台的推进系统,如自适应发动机、高速涡轮发动机、超燃冲压发动机和组合循环发动机技术的研制现状和未来发展,获得了中国航空航天技术的发展应该实施国家战略、夯实技术基础和适时调整目标等启示.     

航空发动机飞行载荷谱的预测

提出了基于飞机的设计飞行任务剖面、飞行力学及发动机原理的发动机飞行载荷的预测方法,即首先将飞机的设计飞行任务剖面通过飞行力学的基本原理转化为发动机的推力（或油门）剖面,然后通过发动机性能计算获得发动机的其它工作状态参数,从而获得发动机的飞行载荷谱。      

二级入轨载机小涵道比涡扇发动机探讨

对五种涡轮发动机的概念研究表明 :小涵道比涡扇发动机与冲压发动机组合,适于用作二级入轨载机的动力装置。      

通过进排气总压比EPR测推力的基本原理

 涡轮发动机一直是通过转速来操纵的。可是同一转速而进气总温变时状态也变,低总温时增压比、推力就高,高总温时则相反。凶此按与推力较直接联系的参数来操纵就有可取之处。普惠公司JT3D-9D系列发动机已用进排气总压比、简称发动机总压比EPR=p5~*/p1~*作推力主操纵参数,而以转速操纵作备用。     

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。     

一种新型吸气式与火箭组合发动机(LOCE)及先进天地往返运输系统的发展

根据先进天地往返运输系统的要求和火箭与吸气式组合发动机的特点，提出了重复使用的单级入轨飞机吸气式组合发动机方案的优化原则和一种优化的组合发动机循环：高压氢膨胀液化氧气循环吸气式火箭组合发动机（LOCE）。它是一种以火箭技术为基础的吸气式组合发动机，比冲可达35000m／s，其关键是成功地解决了吸气式组合发动机和火箭发动机燃烧室压力的不匹配，其液化效率比普通LACE循环提高了5～7倍。可借用成熟火箭技术，推重比高是低速阶段（Ma＝0～5）的最佳方式之一。     

发动机喘振裕度自适应控制

本文研究飞行 /推进系统一体化控制中的发动机喘振裕度自适应控制。通过一定的控制作用 ,使发动机在所有飞行条件和工况下都保持一定的喘振裕度 ,从而充分发挥发动机的潜力。将发动机大偏差模型、进气道及飞机模型综合在一起 ,构成飞机 /推进系统一体化数学模型 ,以进行发动机自适应控制的仿真。计算机仿真表明 ,发动机自适应控制具有很好的性能效益 ,例如在飞行高度 H=10公里 ,飞机由 Ma=0 .65加速到 Ma=0 .90 ,在采用自适应喘振裕度控制后 ,双发动机推力提高 16 ,飞机加速时间缩短 2 3 ,大大提高了飞机性能。     

超音速燃烧冲压发动机最佳设计参数

本文对超音速燃烧冲压发动机设计参数进行优化。从产生推力与发动机热力循环两方面综合分析得到了以下结果:作为空天飞机动力装置的超音速燃烧冲压发动机,在M_H=6-6.6飞行范围内,按照等面积和等M数分段加热的热力循环设计时,比冲最大;在M_H=6.6-10飞行范围内,按照等面积和等温分段加热的热力循环设计时,比冲最大。从而得到最佳设计参数,并在此基础上,用一元流方法计算了有面积变化,有化学反应、摩擦和散热损失时,超音速燃烧冲压发动机的性能。     

Criteria for hypersonic airbreathing propulsion and its experimental verification

Hypersonic airbreathing propulsion is one of the top techniques for future aerospace flight, but there are still no practical engines after seventy years' development. Two critical issues are identified to be the barriers for the ramjet-based engine that has been taken as the most potential concept of the hypersonic propulsion for decades. One issue is the upstream-traveling shock wave that develops from spontaneous waves resulting from continuous heat releases in combustors and can induce unsteady combustion that may lead to engine surging during scramjet engine operation. The other is the scramjet combustion mode that cannot satisfy thrust needs of hypersonic vehicles since its thermos-efficiency decreases as the flight Mach number increases. The two criteria are proposed for the ramjet-based hypersonic propulsion to identify combustion modes and avoid thermal choking. A standing oblique detonation ramjet (Sodramjet) engine concept is proposed based on the criteria by replacing diffusive combustion with an oblique detonation that is a unique pressure-gain phenomenon in nature. The Sodramjet engine model is developed with several flow control techniques, and tested successfully with the hypersonic flight-duplicated shock tunnel. The experimental data show that the Sodramjet engine model works steadily, and an oblique detonation can be made stationary in the engine combustor and is controllable. This research demonstrates the Sodramjet engine is a promising concept and can be operated stably with high thermal efficiency at hypersonic flow conditions.     

Comprehensive analysis of transport aircraft flight performance

This paper reviews the state-of-the art in comprehensive performance codes for fixed-wing aircraft. The importance of system analysis in flight performance is discussed. The paper highlights the role of aerodynamics, propulsion, flight mechanics, aeroacoustics, flight operation, numerical optimisation, stochastic methods and numerical analysis. The latter discipline is used to investigate the sensitivities of the sub-systems to uncertainties in critical state parameters or functional parameters. The paper discusses critically the data used for performance analysis, and the areas where progress is required.

Comprehensive analysis codes can be used for mission fuel planning, envelope exploration, competition analysis, a wide variety of environmental studies, marketing analysis, aircraft certification and conceptual aircraft design.

A comprehensive program that uses the multi-disciplinary approach for transport aircraft is presented. The model includes a geometry deck, a separate engine input deck with the main parameters, a database of engine performance from an independent simulation, and an operational deck. The comprehensive code has modules for deriving the geometry from bitmap files, an aerodynamics model for all flight conditions, a flight mechanics model for flight envelopes and mission analysis, an aircraft noise model and engine emissions. The model is validated at different levels. Validation of the aerodynamic model is done against the scale models DLR-F4 and F6. A general model analysis and flight envelope exploration are shown for the Boeing B-777-300 with GE-90 turbofan engines with intermediate passenger capacity (394 passengers in 2 classes). Validation of the flight model is done by sensitivity analysis on the wetted area (or profile drag), on the specific air range, the brake-release gross weight and the aircraft noise. A variety of results is shown, including specific air range charts, take-off weight–altitude charts, payload-range performance, atmospheric effects, economic Mach number and noise trajectories at F.A.R. landing points.     

旁路放气循环高速单轴涡喷发动机安装性能模拟

针对Ma3.5旁路放气循环单轴涡喷发动机,提出一种压气机旁路放气计算方法,建立基于进/排气系统特性数据库的涡轮发动机安装性能计算模型,分析压气机旁路放气对压气机共同工作线和发动机高空高速推力性能的影响,给出压气机旁路放气量的调节原则,计算发动机安装性能、进/排气安装阻力沿飞行轨迹的变化规律。计算结果表明:当飞行马赫数大于2.3后需打开压气机旁路放气,旁路放气阀门面积和放气流量均随着飞行马赫数的增大基本呈线性增大趋势;通过压气机旁路放气,可显著改善单轴涡喷发动机在高空高速飞行条件下的稳定性和安装推力性能,在飞行马赫数3.0附近,可实现安装推力提高30%以上;在跨声速至飞行马赫数2.0区间内,推力安装损失最大,约为非安装推力的25%～30%。     

一种喷口控制的多目标约束设计方法

为克服试凑法在控制回路参数优化中的局限性,针对涡扇发动机在加力状态易出现喷口摆动的不协调现象,考虑喷口 双环控制结构工作特点,采用按需正向设计策略,按照控制系统时域、频域性能指标设计要求,制定兼顾频域、时域性能要求的内、 外环协调控制的设计目标准则,提出一种喷口控制的多目标约束的差分进化内外环控制参数自整定优化设计方法,在双转子涡扇 发动机非线性模型上进行闭环控制系统仿真验证。结果表明：在飞行高度从0 增加到10 km、飞行马赫数从0加速到0.9的起飞和 爬升状态进入加力过程以及平飞中保持飞行马赫数不变的关断加力过程中,发动机未出现喷口摆动等现象,涡轮落压比最大相对 误差不大于1.5%,喷口闭环控制系统具有期望的伺服跟踪和抗飞行条件变化干扰能力。