欧盟间冷回热循环燃气涡轮发动机发展综述

作为一种新概念动力技术,间冷回热循环燃气涡轮发动机可满足未来推进装置对成本控制、环境友好性和燃料高效利用等方面的要求。概述了间冷回热发动机的结构特点和性能优势,并详细介绍了欧盟根据第5和第6框架协议所开展的间冷回热涡扇发动机研发工作及取得的成果。结合航空发动机的特点,指出研制和发展新型间冷回热航空发动机的关键,在于结构紧凑、换热效率高、质量轻的间冷器和回热器的创新设计,间冷回热循环在航空领域的应用还将面临一系列挑战。     

间冷回热循环发动机电子样机设计

在追踪和分析国外间冷回热技术在航空发动机领域应用的基础上,根据国内研究现状,对间冷器和回热器进行了模拟实验研究。初步拟定了间冷回热发动机总体结构方案,并将此结构方案建立为电子样机。总结了间冷回热发动机中各部件、系统,以及特有的间冷器管路系统和回热器管路系统的布局规律。通过样机建模,初步掌握了间冷回热发动机总体结构方案设计特点,探索了各部件、系统的布局,为间冷回热发动机的进一步研究积累了经验。     

间冷回热技术

<正>间冷回热循环发动机通过在传统涡扇发动机中增加间冷器和回热器,具有降低耗油率和污染物排放、增加比推力、提高高空巡航马赫数等优点,是未来低污染、低能耗的绿色发动机,是高空、高速巡航发动机的可选方案。中国航发四川燃气涡轮研究院于国内首次开展了大涵道比涡扇发动机用轻质、低损、高效的间冷器及回热器设计、加工工艺及性能试验研究,为间冷回热循环发动     

俄罗斯间冷回热循环技术研究

俄罗斯作为航空动力大国,在间冷回热循环技术方面做了大量研究,并取得一定成果。介绍了俄罗斯在间冷回热技术领域开展的理论研究,对各种间冷和回热组合循环的应用效果进行了阐述,给出了该项技术在燃气轮机上的应用案例。最后从俄罗斯对间冷回热技术的发展规划、研究机构提出的间冷回热实施方案及其关键技术等方面,分析了间冷回热技术在航空发动机上的应用前景。     

间冷回热循环发动机间冷器结构设计与工艺研究

为支持间冷回热循环发动机技术研究,根据Realizable k-ε湍流模型分析结果,设计了CC型交叉波纹板式间冷器。综合考虑气动、结构、传热、强度、工艺等因素,确定了间冷器的主要结构特征,拟定了结构设计方案。并与加工单位制定了详细可行的工艺流程,完成了间冷器加工。经试验验证,理论计算结果与试验结果吻合,CC型交叉波纹板式间冷器换热性能良好。可为航空发动机用间冷器设计加工提供参考。     

间冷回热循环航空发动机的发展和关键技术

过去间冷回热循环技术一般都使用在重型的燃气轮机上,如苏-27的发动机 AL31F 上就使用了一些简单的回热装置,但是与真正的问冷回热循环航空(IRA)发动机还有很大差距。欧洲几家航空发动机制造商正在合作研制新型 IRA 发动机,其发展历程和关键技术值得关注。     

间冷回热航空发动机性能计算与分析

在常规循环双轴分排大涵道比涡扇发动机模型基础上,通过引入间冷器、回热器和间冷涵道模型,发展了间冷回热航空发动机(IRA)性能模拟方法.编写了相应的性能计算程序,计算并分析了一种间冷涵道独立排气的IRA的高度速度特性和节流特性.计算表明:全包线内,回热器一直可以正常换热,IRA可以正常工作.不同工况下,IRA的净推力都接近或大于对照常规循环涡扇发动机,而耗油率较对照常规循环涡扇发动机降低9%~20%.     

间冷回热涡扇发动机热力学研究

利用MATLAB平台,参考欧盟和NASA近期发表的研究计划,建立双轴分排涡扇间冷回热发动机性能仿真模型,研究间冷技术和回热技术对涡扇发动机性能的影响,并将其与常规布局发动机进行对比分析。结果表明,间冷器的加入会使得单位燃油消耗率(SFC)上升但同时也会使得单位推力(Fs)增大;回热器的加入可以有效降低单位燃油消耗率,最大达28%,但同时使得单位推力下降;间冷回热的综合运用使得单位燃油消耗率进一步下降。对间冷回热发动机来说,总压比、涵道比以及回热器热效率是影响发动机SFC的主要因素,其中回热器热效率影响最大,最大可使得SFC下降32%。     

CLEAN计划研制间冷回热循环航空发动机

为了进一步提高航空发动机的热效率和降低航空发动机的NOx排放量,2000年,欧共体在欧洲第5框架下起动了为期4年、总投资1亿英镑的高效且环保的航空发动机(EEFAE)技术平台建设。在该平台的环保航空发动机部件验证(CLEAN)计划下,德国的MTU公司和法国的SNECMA公司等提出并研究了间冷回热循环航空发动机。 CLEAN计划下的间冷回热循环航空发动机,包括齿轮驱动的先进技术风扇、低压轴上的减速齿轮箱、中间的     

间冷回热循环发动机回热器结构设计与工艺研究

介绍了一种基于间冷回热航空发动机特点的回热器结构设计方案和工艺实现方法。根据回热器在间冷回热发动机中的使用环境和使用要求,结合U形管式回热器的结构特点及管式换热器的理论计算结果,设计了一种U形管回热器结构方案。同时,针对目前国内的工艺制造水平,简述了该方案加工制造中的关键工艺及解决措施,为U形管式回热器的加工制造提供了一个工艺参考。     

间冷回热航空发动机技术发展趋势分析

间冷回热航空发动机是最受到重视的新型循环发动机.详细分析了间冷回热航空发动机的研究背景和开展该类发动机研究的必要性,描述了间冷回热发动机的基本工作原理和典型的技术特征.在此基础上,结合间冷回热航空发动机的技术发展历程的回顾,对其技术发展趋势和应用前景做出了预测.分析表明：间冷回热航空发动机以其低油耗的显著技术优势,将成为未来最有希望的“环境友好”民用航空发动机概念之一.     

中冷回热航空涡扇发动机热力循环初步分析

中冷回热航空发动机是在常规发动机循环基础上加入了中冷和回热两个环节,有效利用了发动机排放的热量,提高了热效率,降低了耗油率,是新概念节能环保发动机.利用MATLAB平台,建立了基于部件特性的三轴分排涡扇中冷回热发动机总体性能仿真模型.利用该模型对分排涡扇中冷回热发动机进行性能仿真计算和热力循环分析.计算结果表明:在相同的循环参数和单位推力水平下中冷回热航空涡扇发动机比常规循环涡扇发动机具有更低的耗油率.      

间冷回热循环航空发动机参数匹配研究

在常规大涵道比涡扇发动机热力循环基础上增加间冷过程和回热过程,发展了间冷回热循环航空发动机(IRA)的计算模型和相应的性能仿真程序.分析了采用间冷回热技术的分排大涵道比涡扇发动机的热力循环参数选择与匹配.结果表明:间冷度、回热度、外涵道间冷用气量、增压级和高压压气机压比分配、总增压比、涵道比等热力循环参数对IRA的性能有很大影响;合理应用间冷回热技术,并优化发动机热力循环参数匹配可以显著改善发动机的性能.      

WR-21舰船用燃气轮机的设计特点

WR-21燃气轮机是效率高、结构紧凑、可靠性高、维护性好的先进舰船用燃气轮机。介绍WR-21燃气轮机的工作原理和技术优势,总结其继承航空发动机技术与经验和创新采用间冷回热循环的设计特点,以为中国研究与研制舰船用燃气轮机提供参考与借鉴。     

间冷回热燃气轮机发展现状

概述了国内外间冷回热燃气轮机的发展现状;结合国内情况,提出了发展大功率舰船用燃气轮机的建议。     

民用涡扇发动机不同构型总体参数和性能分析研究

提高民用大涵道比涡扇发动机的经济性以及发动机市场竞争性是当前的研究热点。对双轴直驱(ATF)、齿轮传动(GTF)和间冷回热(IAR)三个构型进行循环参数对比分析,确定不同构型发动机的技术优势。结果表明:GTF构型方案与ATF方案相比的巡航非安装耗油率降低2.5%;IRA构型方案巡航非安装耗油率与ATF构型相比降低了11.97%,与GTF构型相比降低了9.7%;相比于ATF和GTF构型,IRA构型的高压压气机和高压涡轮级数均有所减少,有效缩短了核心机长度,也降低了高压压气机的设计难度。     

间冷回热循环舰船用燃气轮机WR-21的技术特点

介绍了WR-21燃气轮机的工作原理、技术优势和性能特点;以其间冷器和回热器为主,阐释了其结构特点。     

恒温热源内可逆中冷回热布雷顿循环功率密度分析

用有限时间热力学方法分析内可逆恒温热源中冷回热布雷顿循环，由数值计算给出了燃气轮机功率密度特性，分析了循环各热力参数对功率密度的影响，并对最大功率密度和最大功率时循环的主要参数进行了比较．得出了最大功率密度设计的优点和不足。     

不可逆中冷回热布雷顿循环功率密度优化

用有限时间热力学的方法，在给定总热导率的情况下，以功率密度为目标，通过数值计算，对恒温热源条件下不可逆中冷回热布雷顿循环高、低温侧换热器的热导率分配和中间压比进行了优化，分析了不可逆性对循环功率密度特性的影响。