航空发动机数值缩放技术的研究进展

航空发动机整机和部件仿真是航空发动机设计与研究的常规手段,是短周期研制先进水平航空发动机的重要环节和手段。数值缩放技术可以将基于高精度模型求解的部件特性用于整机性能分析,在有限的计算资源下提高航空发动机整机仿真精度,是实现航空发动机整机和部件高精度仿真的关键技术之一。同时数值缩放技术可以使部件设计在航空发动机整机环境中得到快速、全面的评估与分析,提高航空发动机设计的可信度,降低开发成本与周期。梳理了国内外航空发动机数值仿真技术的发展趋势,回顾了数值缩放技术的发展及在实际研究中的应用情况,分析、总结了数值缩放技术的三种实现方法及现阶段数值缩放技术应用中存在的问题,提出了我国数值缩放技术发展需重点关注的方向。     

航空发动机设计新技术——推进系统数值仿真

本文概述了推进系统数值仿真的意义、内容。阐述了计算机仿真技术通过并行处理能够透视航空发动机内部流动的复杂物理过程,并可在发动机研制之前,对设计进行评估,论证新概念和新设计可行性后再投产。介绍了国外推进系统数值仿真研究状况。     

航空发动机制造工艺仿真技术体系探索

基于航空发动机仿真工作发展规划,从制造维度对仿真技术的应用需求进行了深入分析。提出了构建航空发动机制造工艺仿真技术体系的思路和建设原则,基于5个环节的应用需求提出了仿真技术体系的初步框架,并对当前需要加快突破的仿真关键技术进行了分析,推进航空发动机制造工艺仿真技术发展和规划的落地。     

航空发动机仿真技术研究现状、挑战和展望

仿真技术是支撑航空发动机自主研发的重要手段,体现了一个国家的高端装备研发水平,可大幅提高航空发动机的研发效率和质量,减少实物试验反复,缩短研制周期,降低研制成本。本文论述了仿真技术在航空发动机学科领域维、产品层次维和全生命周期维三个方面的发展与应用现状,分析了航空发动机仿真技术发展存在的问题,提出了提升仿真能力的战略措施。     

开展航空发动机数值仿真研究的探讨

虚拟样机技术是一种崭新的产品开发方法，一种基于产品计算机建模的数值设计方法。本文重点介绍了航空发动机数值仿真与虚拟样机设计，以及推进系统数值仿真的概念设计、工程模型、仿真环境、高性能计算。给出航空发动机数值仿真的研究方法、管理模式和关键技术。     

美国推进系统数值仿真(NPSS)计划综述

通过对国外有关献资料的收集，整理和分析，综合介绍了由美国NASAGlenn研究中心（GRC）组织实施的“推进系统数值仿真”（NPSS）计划的发展历程，研究意义。研究目标，研究进度，组成和构架，主要关键技术及应用等情况，并对我国航空发动机数值仿真系统的发展提出了建议。     

航空发动机仿真技术及其与飞行试验的关系

本文从发动机控制的角度，重点介绍了发动机仿真技术的发展及仿真的基本方法，并论述了发动机仿真与飞行试验的关系。指出发动机仿真技术与飞行试验相辅相成，互为补充。     

基于试验数据的发动机部件串行协同仿真方法

为探究整机与部件仿真数据和测试数据的匹配性，基于MATLAB/SIMULINK、Python和通用商业CFD软件，开发了数据驱动的部件串行协同仿真技术，主要由航空发动机整机的集成仿真平台和部件串行协同仿真平台组成。其中，集成仿真平台采用模块化的方法对发动机部件建模，结合共同工作方程及边界约束条件，实现了发动机整机和部件特性的迭代模拟；发动机部件串行协同仿真平台采用自编程序结合底层求解程序，提出了重叠区域的交界面数据传递与处理方法，实现了部件间的串行仿真和边界迭代求解，完成了零维、三维仿真的耦合求解过程。以某小型涡喷发动机为研究对象，基于已有试验数据进行案例验证，计算结果最大误差不超过5%，表明集成仿真平台与串行协同仿真平台的准确性及工程应用价值。     

航空发动机全三维数值仿真技术

<正>航空发动机数值仿真是在计算机虚拟环境中,实现对航空发动机整机、部件或系统等的高精度、高保真多学科耦合数值模拟,是助推航空发动机从"传统设计"到"预测设计"研发模式变革的重要手段。航空发动机数值仿真可分为零维、一维、准三维和全三维四种。其中,全三维仿真能反映三维流动细节,是航空发动机设计的发展方向,拥有巨大的应用前景。20世纪90年代以来,我国航空发动机数值仿真工作取得了很大进展,各个部件均建立起了三维设计体系,但对发动机整机性能方面的模拟尚不完善,在发动机全流道内开展设计点和非设计点全三维仿真十分困难。     

某型增压航空活塞发动机仿真研究

介绍了某型航空活塞发动机仿真模型的建立方法,建立了带有一级增压器的某型航空活塞发动机仿真模型,并进行了该发动机的地面特性的仿真计算,计算结果与试验结果符合得很好.在此基础上进行了该发动机高空特性的仿真计算,仿真结果与飞行试验数据较好地吻合,能够满足工程使用要求.      

高科技与微型涡轮发动机的研制

在收集、分析国外某些微型涡轮发动机的文献和实物的基础上，结合参加自行设计微型涡轮发动机的体会，提出应用现有的和正在发展中的新技术、新材料、新工艺，将对微型涡轮发动机的性能和研制周期产生较大的影响。     

考虑性能衰退的航空发动机总体性能裕度设计研究

研究大型客机发动机在使用过程中的性能衰退对总体性能的影响,将结果用于发展型发动机总体性能裕度设计中.利用性能衰退专项试验的数据和获得的返厂进行翻修的发动机磨损程度数据,分析计算出部件效率下降对性能的影响,找出发动机新交付时与性能衰退后的差值,将这个差值应用在发展型发动机性能衰退后的总体性能计算中.针对被研发动机获得的结果是:总体性能设计需要留取100℃的燃气温度裕度以保证翻修期内的安全使用,性能衰退后单位燃油耗油率SFC平均上升7%,发展型发动机依靠部件效率改善能够满足新一代飞机的更高性能要求.      

发动机技术进步对飞机先进性的重要作用

推进技术的创新曾经是空中运输进步的基本推动力.研制大型客机,必须认识发动机技术进步对飞机性能先进性的重要作用.以用于波音公司B787梦幻飞机的美国通用电气公司(GE)的GEnx发动机为例,分析发动机技术先进性对飞机高效、低污染、智能化、低成本和舒适性的作用.最后从国外的技术发展途径,提出发展我国发动机技术的一些想法.      

军用航空涡扇发动机性能衰减及控制

参考国外分析CF6和JT9D发动机老化的方法,收集了部分军用涡扇发动机于新机交付、返厂排故和修理、返厂寿命评估时在试车台架录取的试车数据,客观地分析了发动机性能衰减的原因,同时给出了控制的方法。对新发动机的研制以及国外发动机的修理具有一定的参考价值。     

某型涡扇发动机部件老化对性能影响的分析与计算

详细分析了部件老化对发动机性能影响的机理.利用所能得到的统计数据, 基于部件匹配技术, 通过将考虑部件老化影响的部件特性嵌入到发动机稳态性能计算模型中, 建立了考虑部件老化的发动机性能计算模型, 采用Newton-Raphson迭代收敛技术求解非线性方程组, 获得考虑部件老化影响的发动机性能.以某型涡扇发动机为例, 定量地计算分析了部件老化对发动机性能的影响, 计算结果和发动机实际试车数据对比具有较好的一致性, 表明本文发展的方法是合理的.      

电控汽油喷射改善小型无人机发动机性能的研究

电控汽油喷射能有效地改善发动机的性能,特别对小型无人机发动机,可以实现空中飞行过程中对发动机各参数的实时控制。本文以试验研究为手段,介绍了电控汽油喷射在小型无人机发动机上应用研究的初步成果,然后从理论上分析了电控汽油喷射改善发动机性能的因素和潜力,并且强调了它在小型无人机发动机上应用的重要性。     

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。     

气氧/丙烷小推力发动机设计与实验

为适应小推力发动机无毒、无污染、高性能、低成本的发展趋势,设计了一种以气氧(GO₂)/丙烷(C₃H₈)为推进剂的发动机.采用层板式头部喷注器、利用喷嘴间隙实现电火花点火的独特点火方案、通过边区喷嘴进行气膜冷却,同时设计了发动机实验系统并开展了初步实验研究.实验结果表明:实验系统设计合理;发动机点火方案可靠、燃烧稳定、热防护效果良好,为进一步的研究奠定了基础.      

氢氧全流量补燃循环发动机主要参数优化分析

根据给定的运载任务,建立了氢氧全流量补燃循环发动机的能量特性模型、运载器质量模型和轨道模型,以运载器有效载荷为目标函数,利用枚举法进行了发动机性能参数的优化研究.通过计算,验证了质量模型的准确性,得到了实现单级入轨发动机的最优性能参数,给出了在当前所能达到的燃烧室压强情况下的优化结果,为新一代氢氧全流量补燃循环发动机的研制提供指导.     

基于GasTurb/MATLAB的航空发动机部件级模型研究

基于航空发动机总体性能分析软件GasTurb及其源代码,利用动态链接库技术实现在控制系统开发平台MATLAB下直接调用GasTurb部件级动态模型,并在Simulink下建立了包含涡喷、涡扇、涡轴、涡桨在内的22种发动机类型的部件级模型库,实现了两者之间的无缝衔接.应用实例与仿真结果验证了所建模型的有效性与高度可定制性.消除了从总体性能分析阶段过渡到控制系统开发阶段存在的交互障碍,为发动机控制和故障诊断研究提供了一种灵活的仿真平台.