美国高超声速涡轮基组合循环发动机的进展及分析

旨在为未来空天动力技术研究和产品研制提供参考与借鉴。综述了美国高超声速涡轮基组合循环(TBCC)发动机的进展,重点对与涡轮发动机有关的预研计划进行详细描述,如国家空天飞机(NASP)计划、高速推进评估(Hi SPA)计划、猎鹰组合循环发动机试验(Fa CET)计划等。总结与归纳了TBCC发动机的研究发展的特点:TBCC发动机一直是高超声速飞行器研究的关键技术;目前涡轮发动机的首选是现有涡轮发动机改进,未来可能选择正在预研的高速涡轮发动机或自适应发动机;冲压发动机和模态转换技术已经取得明显进展,但还需长期深入验证。     

关于新版综合高性能涡轮发动机技术计划——兼谈航空发动机研制中“基础技术”和“验证机”的重要作用

1 两项研究计划使涡轮发动机的发展如虎添翼 由于飞机对发动机性能的要求愈来愈高,采用常规方法研制涡轮发动机已远远不能满足飞机的要求。1988年,美国制定了综合高性能涡轮发动机技术(IHPTET)计划,目前已在提高发动机性能、可靠性、耐久性和缩短发动机研制周期方面取得了明显的成效。20世纪末,为了继续保持空中优势,美国国防部在总结IHPTET计划经验的基础上又制定了它的延续计划——经济可承受的多用途先进涡轮发动机(VAATE)计划。     

IHPTET计划的后续计划VAATE正在展开

通用、买得起的先进涡轮发动机 (ＶＡＡＴＥ)计划是高性能涡轮发动机综合技术 (ＩＨＰＴＥＴ)计划的后续计划。ＶＡＡＴＥ计划目的是降低美国军、民用燃气涡轮发动机的成本。ＩＨＰＴＥＴ计划的成员继续参加ＶＡＡＴＥ计划。ＶＡＡＴＥ计划涉及范围比ＩＨＰＴＥＴ更广 ,既包括小型发动机和大型发动机 ,也包括航空、地面和船用燃气涡轮发动机。ＶＡＡＴＥ计划的一个重要性能指标是采购性能 ,它是发动机能力 (推重比除以耗油率 )与成本 (研制、生产和维护成本之和 )之比。在ＩＨＰＴＥＴ计划 2 0 0 5年结束之前 ,ＶＡＡＴＥ计划处于早期验证阶…     

国外并联式涡轮基组合循环发动机技术发展途径浅析

为借鉴国外并联式涡轮基组合循环(TBCC)发动机技术研究经验,从飞行器使用需求出发,分析了并联式TBCC发动机面临的技术挑战,并从高速涡轮基技术、冲压发动机技术和组合技术三个方面,梳理了美国典型并联式TBCC发动机的研发计划。在此基础上,分析并提出了并联式TBCC发动机技术发展途径:拓展涡轮基工作马赫数上限和冲压发动机工作马赫数下限以实现并联式TBCC发动机模态转换,采用射流预冷技术扩展现有涡轮工作包线是短期内实现性较好的技术验证途径,开发高速涡轮发动机技术是未来发展的必然趋势。     

罗-罗推行两项战略性的发动机技术研究计划

这两项计划分别是高温验证机第5阶段(HTDU5)计划和近期先进核心军用发动机技术(NTAT)计划。前者的目标是研究和验证在各种可能的未来发动机上将先进技术应用于燃烧室和高压涡轮的途径,后者是重点验证先进的压缩系统、低压涡轮、加力燃烧室系统和喷管。     

动态消息

PW公司验证先进涡轮转子PW公司为综合高性能涡轮发动机技术(IHPTET)计划第3阶段的先进涡轮发动机燃气发生器(ATEGG)的初始验证,成功地完成了双轮辐盘(TWD)涡轮转子的旋转地坑试验。TWD概念的优点包括:与常规的涡轮转子相比,AN2能力显著提高( 37%);质量减轻。TWD概念的高AN2能力     

航空发动机的先进涡轮技术(上)

90年代,推重比10一级加力式涡扇发动机研制成功,推重比15～20的发动机预研计划使航空工业进入一个崭新的发展阶段.推重比10一级发动机的涡轮进口温度已达到1580℃～1680℃.美国国防部开展的“综合高性能涡轮发动机技术”(IHPTET)计划和     

美国自适应发动机研究的进展与启示

为借鉴和参考美国自适应循环发动机的研究与研制经验,综述了美国变循环发动机演变至自适应发动机的3个发展阶段,重点介绍了其在多用途经济可承受的先进涡轮发动机(VAATE)研究计划下的自适应通用发动机技术(ADVENT)分计划、自适应发动机技术验证(AETD)分计划、自适应发动机过渡(AETP)分计划和空中优势自适应推进技术(ADAPT)分计划的开发与验证情况。分析总结出美国自适应发动机具有以下特点:技术先进且应用前景广泛,代表未来发展方向;变循环与自适应循环技术均不成熟,还需深入验证;技术研究采用竞争策略实施。     

GE和RR公司研究超声速低噪声推进系统

自适应通用发动机技术(ADVENT)计划是多用途经济可承受的先进涡轮发动机(VAATE)计划中第2阶段的1个标志性计划,目标是发展和验证进气道、发动机、排气喷管和综合热管理技术,以获得在高空和高速下具有最佳超声速性能和亚声速燃油效率的推进系统。     

开式整体叶盘通道高效粗加工方法研究

整体叶盘是现代航空发动机的重要组成部分,对提高发动机性能具有十分积极的作用.美国综合高性能涡轮发动机技术(IHPTET)计划与经济可承受多用途先进涡轮发动机(VAATE)计划均将整体叶盘列为重点突破技术[1].国内整体叶盘技术与欧美发达国家相比差距较大. 与传统叶片和轮毂装配结构相比,整体叶盘省去了连接用的榫头、榫槽及相应的连接件,减轻了重量,提高了推重比,使发动机的工作寿命与安全可靠性得到提升.整体叶盘分为开式与闭式两种结构.     

基于UML的航空发动机仿真建模研究

面向对象建模技术是建立可重用和扩展灵活的航空发动机仿真软件的有效途径。本文论述了应用可视化面向对象统一建模语言(UnifiedModelingLanguage)建立航空发动机仿真软件模型的方法和过程,首次运用UML表示法中的用例图、类图、顺序图和活动图描述了发动机仿真软件模型,并用C++编程实现了仿真软件中发动机模型类库、算法类及图形界面类,在此仿真平台上成功的实现了某双轴涡扇发动机的稳态仿真和动态仿真。结果表明,UML是建立扩展灵活的发动机仿真软件的有力工具。      

基于特征的压气机叶片结构设计

对航空发动机压气机转子叶片结构进行了特征分析和归纳,提取了典型特征结构和特征参数,建立了基于UG软件的压气机叶片特征设计系统,利用该系统进行了叶片的特征结构设计和多种形式的罩量优化,在此基础上对叶片结构进行了重构。按照同样的方法和步骤,可逐步实现航空发动机各零部件的特征设计,由此达到缩短设计周期,节约成本,提高设计一次成功率的目的。     

航空发动机陆用改型设计与分析

本文针对航空发动机开展陆用改型研究,首先分析了由简单到复杂的几种技术方案,然后对某型涡扇发动机进行总体热力学计算分析,在此基础上采用内外涵混合气流后直接加装动力涡轮的方案进行准三维气动设计,动力涡轮的全三维流场校核效果良好,达到了方案设计要求.此外还对其它几种典型的航空发动机进行了陆改方案设计.计算结果表明:退役发动机...     

基于改进的SENet航空发动机振动预测

为实时监测和预警航空发动机振动状态，基于气路及振动参数，提出一种使用改进的SENet（squeeze-and-excitation network）模型，对航空发动机近未来的振动进行预测。该研究相比以往采用的实验室模拟数据和仿真数据，使用了真实的QAR（quick access recorder）数据并进行随机采样，以求更能表征发动机振动和工作参数之间的关系。同时，不仅使用其他振动信号进行验证，还在其他型号的发动机上进行测试。结果表明:针对航空发动机的振动进行预测是可行的，SENet模型可以有效并实时追踪振动的突变和波动。此外，该方法对于其他振动信号和不同类型的发动机具有一定的适用性。而且相较于以往采用的其他经典的深度模型，SENet模型在振动的预测中能得到更小的误差。实验证明，相较于以往只使用振动这个单参数进行预测，并行使用与振动相关的多参数融合进行研究更能提高预测的准确性。      

基于非线性Wiener过程的航空发动机性能衰减建模与剩余寿命预测

针对航空发动机在性能衰减过程中普遍存在的非线性和三源不确定性问题,提出了一种基于非线性Wiener过程的航空发动机性能衰减建模与剩余寿命（RUL）预测方法。首先,为解决目前大多数剩余寿命预测方法中潜在假设的局限性,即当前时刻估计的漂移系数与上一时刻漂移系数的后验估计完全相等,在状态空间模型的框架下建立了一类新的同时考虑非线性和三源不确定性的性能衰减模型,并在首达时间下推导出剩余寿命的分布。然后,针对新研发航空发动机缺乏历史数据和先验信息的问题,提出了一种基于Kalman滤波和条件期望最大化（ECM）算法的参数估计方法,使得估计的模型参数不依赖于历史数据量。同时能够在获得一个新的性能衰减数据后,实现对模型参数的自适应估计和在线更新,进而实时地更新航空发动机的剩余寿命分布。实验结果表明,本文方法可以有效地提高剩余寿命预测的准确性,能为航空发动机的维修决策提供可靠的依据。     

航空发动机分布式控制系统结构分析

对近年来航空发动机分布式控制系统的研究作了简要分析。重点分析了航空发动机分布式控制系统的结构、功能和优点;比较了几种分布式数据总线和电源总线的优缺点,并指出了适用于航空发动机分布式控制系统的数据总线和电源总线选择;分析了发动机运行环境对开发分布式控制系统的影响,并提出了可能的解决方案;指出了开展航空发动机分布式控制系统研究的重要性和未来的发展方向。      

航空发动机结构参数化设计

介绍了航空发动机结构参数化设计方法,为发动机总体结构方案设计提供了简便、快捷、多方案选择的途径。参数化设计技术的运用将大大提高航空发动机结构设计的速度和质量。     

Fast Online Approximation for Hard Support Vector Regression and Its Application to Analytical Redundancy for Aeroengines

The hard support vector regression attracts little attention owing to the overfitting phenomenon. Recently, a fast offline method has been proposed to approximately train the hard support vector regression with the generation performance comparable to the soft support vector regression. Based on this achievement, this article advances a fast online approximation called the hard support vector regression (FOAHSVR for short). By adopting the greedy stagewise and iterative strategies, it is capable of online estimating parameters of complicated systems. In order to verify the effectiveness of the FOAHSVR, an FOAHSVR-based analytical redundancy for aeroengines is developed. Experiments on the sensor failure and drift evidence the viability and feasibility of the analytical redundancy for aeroengines together with its base-FOAHSVR. In addition, the FOAHSVR is anticipated to find applications in other scientific-technical fields.     

Dynamic analysis of C/C composite finger seal

A seal device as an important component of aeroengines has decisive influence on per- formance, reliability, and working life of aeroengines. With the development of aeroengines, demands on the performance characteristics of seal devices are made strictly. Finger seal as a novel kind of sealing device, recently attracts more and more attentions in academic circles and engineer- ing fields at home and abroad. Research on finger seals has been extensively developed, especially on leakage and wear performances under dynamic conditions. However, it is a pity that the work on finger seals has been limited with a single approach that is improving the performance by structural optimization; in addition, the technology of dynamic analysis on finger seals is weak. Aiming at the problems mentioned above, a distributed mass equivalent dynamic model of finger seals considering the coupling effect of overlaid laminates is established in the present paper, the dynamic perfor- mance of 2.5 dimension C/C composite finger seal is analyzed with the model, and then the effects of fiber bundle density and fiber bundle preparation direction on finger seal＇s dynamic performance are discussed, as well as compared with those of Co-based alloy finger seal. The current work is about dynamic analysis of finger seals and application of C/C composite in this paper may have much academic significance and many engineering values for improving research level of finger seal dynamics and exploring feasibility of C/C composite being used for finger seals.     

基于随机Wiener过程的航空发动机剩余寿命预测

针对目前剩余寿命(RL)预测方法没有综合考虑发动机个体性能退化的差异性和多阶段性的问题,提出了基于多阶段性能退化模型预测航空发动机剩余寿命的方法。首先,该方法采用多阶段Wiener过程对航空发动机进行退化建模,并假设退化模型参数服从随机分布来描述发动机个体的差异性。然后,根据历史性能退化数据与历史失效时间数据,利用期望最大化算法对模型参数的先验分布进行估计。当获得单台发动机的实时退化数据后,使用Bayesian方法对模型参数进行更新,从而实时更新航空发动机的RL分布,最终实现对单台航空发动机的RL预测。实验结果表明,该方法预测精度较高,能为航空发动机维修计划的制定提供依据。