超音通流风扇发动机循环分析

超音通流风扇发动机概念新、优点突出.本文发展的计算机程序能对不同类型发动机进行循环分析和某些参数的优化计算,对一架Ma=2.7的超音巡航运输机进行了算例分析.计算结果表明,超音通流风扇发动机耗油率大大低于常规涡扇和涡喷发动机,重量轻,推重比高,亦有明显优势.有效解决飞行剖面上进气道与发动机相容性问题,对提高推进系统性能关系很大.     

航空动力百年回顾（四）

5　涡轮风扇发动机　　 2 0世纪 5 0年代初 ,前苏联的РД9Б和美国的J5 7发动机分别配装的米格 1 9和F1 0 0歼击机的飞行速度都超过了声速 ,达到 1 3 5 0～ 1 45 0km/h ;5 0年代后期 ,Р1 1Ф -3 0 0和J79发动机各自配装的米格 2 1和F4歼击机的飞行速度都超过 2倍声速 ;60年代 ,美国的J5 8发动机配装的SR71高空高速侦察机和前苏联的P3 1发动机配装的米格2 5战斗机的马赫数达到 2 .7～ 3 .0 ;70年代投入航线的英法合作研制的奥林帕斯 5 93发动机配装的“协和”号是 2倍声速的大型客机 ,从伦敦飞到纽约仅需 3h2 0min。这些都是加力式涡喷…     

超音通流风扇发动机初探

从不同的角度对超音通流风扇发动机进行了探讨，介绍了超音通流风扇（ＳＴＦＦ）的工作模式及超音通流风扇与涡轮喷气发动机（ＳＴＦＦ－ＴＪ）、空气涡轮火箭组合发动机（ＳＴＦＦ－ＡＴＲ）的性能优势，讨论了ＳＴＦＦ发动机与飞机的一体化问题，分析了影响安装阻力的主要因素。指出ＳＴＦＦ发动机比传统的涡轮风扇发动机（ＴＢＥ）的摩擦阻力系数低，升阻比高，说明这是一种有巨大潜力的新型发动机。     

TECH56技术计划即将结束

TECH5 6技术计划是CFMI公司的一项旨在开发和验证未来民用涡扇发动机先进部件技术的预先研究计划 ,与现役CFM 5 6发动机的相比 ,该计划将使费用降低 1 5 %～ 2 5 % ,燃油消耗率降低 4 %～7% ,维护费用降低 1 5 %～ 2 0 % ,NOx排放量降低到低于国际民航组织 (ICAO)规定的水平的 5 0 % ,噪声明显降低。该计划于 1 998年初启动 ,目前取得很大进展 ,预计在 2 0 0 4年上半年结束。　　TECH5 6计划风扇的研制目标是在给定的直径下提高风扇的推力 ,降低燃油消耗率 ,减少部件数 ,进而减轻质量 ,降低生产费用和噪声。 2 0 0 0年 ,直径为 1 .…     

F100-PW-232发动机

F10 0 -PW - 2 32发动机的前身为F10 0 -IPE92发动机 ,是F10 0 -PW - 2 2 9IPE发动机的发展型。通过在F10 0 -PW - 2 2 9发动机的机匣内将风扇的直径增大 0 .2 5 4cm ,使F10 0 -PW - 2 32发动机的总增压比由 32提高到 35 ,流量由 112 .4kg/s提高到 113.8kg/s ,涵道比由 0 .4 0降为 0 .34。这样 ,F10 0 -PW - 2 32发动机或者能够增大推力 (最大推力增大到 15 1kN ,额定推力为 14 6kN ,非加力推力为95 .2kN) ,或者通过发动机在更低的温度下工作延长发动机的寿命。增大推力后的发动机的推重比为8.3。预计 ,F10 0未来发展型发动机将…     

GE90发动机的降噪技术

发动机的噪声是飞机的主要噪声源。大涵道比涡扇发动机降低噪声主要通过选择适当的发动机循环参数 (增大涵道比、降低风扇转速、降低发动机的排气速度 )和低噪声设计来实现。　　除了采用增大涵道比 (8.4 )和较低的风扇转速(371m/s)降低发动机噪声外 ,GE公司 2 0世纪 90年代全新研制的GE90大涵道比涡扇发动机还大量采用了部件降噪技术。这些技术包括 :(1)进气 /风扇机匣前后优化处理 ;(2 )风扇叶片低噪声设计 ;(3)风扇与进口导向叶片的间距加大 ;(4 )进口导向叶片数量优化 ;(5 )减小风扇叶尖间隙 ;(6 )可定制进口导向叶片与舱吊挂一体化设…     

Boeing公司为7E7飞机选定发动机

Boening公司正在研制更高性能、更高效的 7E7飞机。 2 0 0 4年 4月 6日 ,Boeing公司宣布选定美国GE公司的GENX发动机和英国RR公司的TRENT1 0 0 0发动机 ,如图 1 ,2所示 ,而美国PW公司的PW -EXX发动机落选。图 1　GENX发动机图 2　TRENT1 0 0 0发动机　　GE公司的GENX发动机是以GE90 - 1 1 5B发动机为基础 ,并采用减载风扇脱开装置、高抗扭能力的GE1 0 1 4风扇中轴材料和基于GE90 - 1 1 5B的高流量弯掠复合材料风扇 ,推力为 31 1kN ,总压比为4 2 ,涵道比为 9 6。直径为 2 82m的风扇采用先进气动设计的有机物基复合材料的…     

前缘侵蚀对风扇转子叶片气动特性的影响机理

以某小型大涵道比涡扇发动机风扇转子作为研究目标，数值模拟了航空发动机风扇转子叶片在航线运行过程中受到侵蚀效应后的气动特性衰变情况，为后续的精细化维修奠定理论基础。风扇转子叶片侵蚀后，叶片前缘将逐步蜕变为钝头叶型并且伴随有明显的表面粗糙度。为了简化研究，假设侵蚀后的转子叶片前缘粗糙度均匀分布，分别计算了前缘粗糙度为120 μm、250 μm两种前缘侵蚀程度下的风扇转子特性。研究结果表明，风扇转子峰值效率相比于原型叶片依次下降了1.63%和2.39%。当前缘粗糙度为250 μm时，风扇转子叶片吸力面前缘近壁面极限流线有分离迹线产生，出口平均马赫数下降2.03%。     

组合发动机可调进气道气动性能

为使涡轮/冲压组合发动机能在宽广的飞行高度、速度内飞行,设计一种组合发动机可调进气道气动结构.编制带黏性修正激波系结构预估程序,实现不同来流马赫数及来流攻角下,进气道内激波系结构布置及强度预估,并指导进气道可调楔板尺寸选取.考虑进气道附面层抽吸后,对来流在马赫数为1.6～4.0范围内,-2°,0°和+2°三种攻角下进气...     

变循环发动机建模技术研究

在对变循环发动机总体结构进行分析的基础上,参考双轴涡扇发动机部件模型的建立方法,建立了变循环发动机部件级数学模型.建立了区分叶根特性和叶尖特性的风扇部件模型,单外涵和双外涵模式的核心驱动风扇级数学模型.根据变循环发动机的特点,建立了反映变几何部件变化的稳态和动态共同工作方程.数字仿真结果表明:所建的变循环发动机模型能够实现工作模式之间的相互转换,并且在低空低马赫数双外涵模式下表现出了涡扇发动机特性,即高推力与低耗油率,而在高空高马赫数单外涵模式下相比涡扇模式提供的推力更大、耗油率更低,符合变循环发动机特点,验证了建模方法的可行性.      

某民用涡扇发动机飞行包线内吸雨量计算分析

分析吸雨对发动机工作性能的影响,首要的是确定能被发动机吸入的雨量。通过综合考虑适航规章要求的大气雨水分布、环境温度、飞行速度、发动机功率和聚集效应对发动机吸雨的影响,结合完整的推力调节计划,计算分析了某民用大涵道比涡扇发动机在不同推力等级下全飞行包线内风扇进口水气比(WAR)。结果表明:在同一马赫数下,风扇进口水气比在6 100m处达到最大;在该高度以下,水气比随着高度的增加而增大;在该高度以上,水气比随着高度的增加而减小;飞行马赫数越大、环境温度越高,水气比也越大;并且标准天空中慢车推力下的风扇进口水气比最大可达到7.38%。该计算方法可为民用涡扇发动机吸雨适航取证的关键点分析提供参考。     

变循环发动机建模方法研究及验证

研究了变循环发动机(VCE)关键部件建模技术.采用叶尖叶根分段建模技术建立了两段风扇的数学模型,使之更适用于VCE.基于流场分析,建立了活门开度、外涵道进口总压、动压与外涵道总压恢复系数之间的智能映射,完善了外涵道模型.建立了VCE部件共同工作方程,获得了VCE部件级数学模型.基于欧洲空间与推进系统仿真数据库进行设计点计算,并开展了仿真验证.仿真结果表明:建立的数学模型表现出的工作性能与实际发动机实验结果一致,在低马赫数下双外涵道模式推力更大、耗油率更低;相反在高马赫数下单外涵道模式推力及耗油率优于双外涵模式,验证了所采用建模方法的有效性.      

着陆滑跑状态下的反推力装置重吸入特性数值模拟

对大涵道比涡扇发动机叶栅式反推力装置,利用CFD技术,展示了叶栅式反推力装置开启后的流场流动特征,计算分析了飞机着陆滑跑马赫数和侧风速度对发动机进气道重吸入特性的影响.结果表明:在无侧风影响时,进气道对反推力气流的重吸入现象随着滑跑马赫数的增加而逐渐减弱并消失,重吸入特征参数值随着滑跑马赫数的增加而减小并达到允许值,该临界滑跑马赫数为0.08;在侧风环境中,侧风使得反推力气流在发动机一侧进入发动机进气道,导致风扇进口截面的总温畸变增大,重吸入特征参数值随着侧风速度的增加而增大,侧风的存在使得反推力装置关闭的临界滑跑马赫数从不存在侧风时的0.08提高到0.12.      

相似设计在某风扇改型设计中的应用

针对某涡扇发动机推力增大的动力需求,在充分分析原型风扇性能和流场的基础上,对原型风扇进行了改型设计.改型设计的方法采用“轴流/离心压气机通用叶片造型设计系统”,依据相似理论,在保证第2级风扇进口的相似准则和原型一致,即保证改型与原型第2级风扇在进口的换算流量和换算转速相等的前提下,来增大第1级风扇的流量和压比.经过三维流场计算和分析,结果表明:在风扇转速提高到1.011的情况下,流量提高到1.071,压比提高到1.074,效率提高到1.029,裕度比原型提高了0.8%,达到了性能指标的要求,改型设计结果比较理想.总体对风扇的性能和整机匹配性分析和评估表明:该风扇改型设计方案能够满足该涡扇发动机推力增大的需求.      

飞机进气道/ 发动机台架联合试验及匹配特性研究

为了确定发动机地面装机条件下的进气畸变大小,对1种全尺寸进气道与发动机地面台架开展进发联合试验研究。试验速度条件为飞机静止状态,对应飞机迎角为0°,马赫数为0。参试进气道为2元外压式超声速进气道,参试发动机为大推力双转子带加力涡轮风扇发动机。采用地面台架联合试车的方法,获得了不同进气道条件下的进发匹配特性数据,包括在发动机不同工作转速下进气道出口流场的稳态总压特性、动态畸变特性等参数,并与进气道缩比模型风洞试验结果进行了对比分析。结果表明:全尺寸进气道的出口畸变随发动机空气流量增加而增大,与风洞试验结果一致,但防护网对于畸变的影响效果相反。     

齿轮传动风扇旨在降低费用和简化结构

普惠公司的PW8000发动机的主要特点是采用齿轮传动风扇的结构,这种结构将使发动机的转子级数和叶片数分别比现有相当推力级的常规发动机的少40%和50%.该发动机的初步设计正在进行中,其详细设计在6月以前开始.因此,PW8000的一些特点将在今夏最后确定,预计合格证将从6月份以后用30个月时间取得.对于一种典型的涡扇发动机而言,其高压涡轮驱动高压压气机,而低压涡轮驱动低压压气机和风扇,然而最有效的风扇转速比低压涡轮的转速低,这导致都不是特别有效的折衷转速.对于齿轮驱动的风扇系统而言,减速     

高超声速推进技术的新进展

随着超燃冲压发动机技术的逐步发展成熟,国外高超声速推进技术的研究重点已转向涡轮基组合循环推进技术上,高马赫数（马赫数4以上）涡轮发动机正在成为国外高超声速推进领域新的研究热点,弥补了涡轮发动机马赫数2～2．5上限和亚燃冲压／超燃冲压发动机马赫数3．5～6下限之间的空白。     

F135-PW-100发动机

135 -PW - 10 0发动机是美国PW公司为F -35A飞机研制的新一代战斗机发动机。它由F119发动机衍生而来 ,核心机基本保持不变 ,风扇和低压涡轮重新设计、加力燃烧室进行了改进 ,喷管由二元俯仰矢量喷管改为轴对称非矢量喷管。F135 -PW -10 0发动机的性能参数见附表附表　F135 -PW - 10 0发动机的性能参数推重比 10 .5涵道比 0 .2加力推力 180kN总压比 91.8军用推力 133kN空气流量 91kg/s质量 170 0kg涡轮进口温度 1810KF135-PW-100发动机@梁春华…     

大涵道比涡扇发动机风扇转子叶片优化

采用掠形设计技术对一台大涵道比涡扇发动机的风扇转子叶片进行了三维优化.通过三维定常Navier-Stokes（N-S）方程计算,分析了叶片尖部及根部掠形设计参数对风扇转子性能的影响.结果表明,叶片尖部前掠和根部后掠都能增加风扇转子的堵点流量,扩大其稳定工作范围.采用叶片尖部前掠和根部后掠的组合方案优化了叶片.单转子计算结果表明,优化后叶片的堵点流量增加约2%,设计流量点总压比和等熵效率分别增加5%和2%;风扇/增压级整机内外涵联算结果表明,优化后在起飞、巡航和爬升转速下,外涵的稳定工作范围都明显增加,巡航转速下,堵点流量增加约2.3%,失速点流量减小约5.2%,设计流量点的外涵总压比和等熵效率分别增加2%和0.8%,优化后内涵特性没有明显变化.      

气动矢量喷管二次流对发动机性能的影响

发动机处于推力矢量的工作状态时,二次流引气和喷射均会对发动机的部件匹配和性能产生影响.将气动矢量喷管置于发动机环境下,综合考虑了从风扇/高压压气机引出二次流,及二次流在喷管扩张段与主流的掺混等过程对发动机性能的影响.基于发动机部件匹配技术及CFD技术,对二次流对发动机性能的影响进行了数值模拟.结果表明:选取风扇或高压压气机引气实现气动矢量喷管,均会使发动机性能有较大幅度的下降;在满足二次流压力需求的前提下,宜采用风扇引气作为二次流气源.