2种涡轮燃烧形式的涡扇发动机性能研究

为了研究不同涡轮燃烧形式对大涵道比涡扇发动机的性能影响,在传统发动机数学模型的基础上,分别加入各型涡轮燃烧结构的热力学计算模型,分析比较了在不同工作过程参数下,4种带涡轮燃烧结构发动机与传统发动机的性能（单位推力和单位燃油消耗率）随风扇增压比、高压压气机增压比、高压涡轮进口总温和涵道比的变化关系。结果表明：涡轮级间燃烧室（ITB）与涡轮叶间燃烧室(TIB)各有特点,但都能够明显提高传统分别排气涡扇发动机的性能,其中高压涡轮叶间燃烧室（HTIB）效果尤为突出     

带涡轮级间次燃烧室混排涡扇发动机的超声速性能研究

为了满足超声速客机长时间巡航飞行的推力需求,研究了混排ITB（inter-stage turbine burn-er）涡扇发动机的性能参数随高、低压转子转速的变化关系,并采用调节高、低压转子转速作为双变量控制规律,获得了混排ITB涡扇发动机主要的性能参数随转子转速的变化关系。采用双转速控制的组合调节方案,混排ITB发动机在超声速飞行条件下实现了宽广而且连续的推力输出。     

涡扇发动机部件效率变化对共同工作的影响分析

以大涵道比涡扇发动机为研究对象,分析了风扇增压级、高压压气机、高压涡轮、低压涡轮和燃烧室部件效率对涡扇发动机共同工作的影响。不同部件效率变化,不同的控制规律对部件的共同工作影响不同,有些参数变化方向相反。     

涡扇发动机部件效率变化对共同工作的影响分析

以大涵道比涡扇发动机为研究对象,分析了风扇增压级、高压压气机、高压涡轮、低压涡轮和燃烧室部件效率对涡扇发动机共同工作的影响。不同部件效率变化,不同的控制规律对部件的共同工作影响不同,有些参数变化方向相反。     

全环涡轮级间燃烧室性能试验

以涡轮级间燃烧室(ITB)应用于涡轴发动机为研究平台,根据ITB的应用环境,采用凹腔驻涡燃烧室作为涡轮级间燃烧室,设计加工了全环凹腔驻涡燃烧室试验件,并进行了性能试验研究.试验结果表明:该燃烧室的贫油点火边界余气系数为10.2,降低驻涡凹腔体内外压差有利于点火;与常规燃烧室相比,燃烧室的燃烧效率偏低,但燃烧效率随进口温度的升高逐步加大;燃烧室的总压恢复系数较小,进口温度对燃烧室的总压恢复系数影响不大;燃烧室出口温度场分布较好,出口温度分布系数(OTDF)随进口温度的升高而减小;随着进口温度的提高,火焰筒壁温会局部偏高,火焰筒的冷却设计需优化改进.      

基于综合参数的无加力混排涡扇发动机飞行推力确定方法

针对无加力燃烧室的混排涡扇发动机在飞行推力确定过程中理想推力及理想流量难以明确定义的问题,构建了综合参数模型,模型中换算空气流量及推力分别与发动机及喷管的综合压比具有较强相关性。根据无加力混排涡扇发动机的地面台及高空台试验数据,建立了基于综合参数模型的飞行推力确定方法,并选择不同高度、速度点计算结果与高空台实测推力及流量进行了对比验证。结果表明:发动机进口空气流量误差在3.0%以内,标准净推力误差在5.0%以内。此方法对无加力混排涡扇发动机具有较好的适用性,具有工程应用价值。     

变几何参数对变循环发动机过渡态性能的影响分析

为了研究变几何参数对变循环发动机(Variable Cycle Engines,VCE)过渡态性能的影响,对功率提取法(Virtual Power Extraction Method,VPEM)进行了总结与发展,并以双轴混排涡扇发动机的VPEM模型为工具,研究了尾喷管喉部面积和涡轮导向器喉部面积对双轴混排涡扇发动机过渡态性能的影响,建立了应用于双外涵VCE的VPEM模型,并以此为工具研究了高低压涡轮导向器喉部面积、尾喷管喉部面积和后可变面积涵道引射器面积对VCE过渡态性能的影响。结果表明,变几何参数对涡扇发动机和VCE过渡态性能的影响规律一致,尾喷管喉部面积和高低压涡轮导向器喉部面积增加5%带来高压转子的功率变化分别为1.9%,6%和3.5%,低压转子功率变化分别为-3%,22%和-7%,RVABI面积对过渡态性能的影响并不显著。     

俄罗斯АЛ—37ФУ发动机

AЛ-37ΦУ发动机是留里卡—土星设计局为Cy-37飞机研制的一台双轴涡扇发动机。该机是AЛ-31Φ发动机的改进型,它包括4级低压压气机、9级高压压气机、环形燃烧室、高低压涡轮、涡轮冷却系统、加力燃烧室、收敛一扩散喷管几个单元体。具体改进有: ·发动机进口直径由0.910m增大到0.932m; ·采用内冷技术,涡轮进口温度达1665K; ·采用钛合金轴对称矢量喷管,通过环形转向装置可在俯仰方向转向±15;     

涡轮间燃烧器试验验证了UCC概念的可行性

美国空军研究实验室（AFRL）推进部的超紧凑燃烧室（UCC）研发团队不久前通过在试验件上游使用另一个燃烧系统来模拟真实发动机环境，以涡轮间燃烧器（ITB）的模式成功试验了由AFRL开发的UCC。此次试验中，采用了一个简单的涡流稳定燃烧系统来提供不同恶化值（即氧气值）的ITB进口空气，以模拟燃气涡轮发动机高压涡轮排出的反应过的高温混合物。基于AFRL设计的超紧凑燃烧室，对四种不同的ITB设计结构分别进行了试验。试验表明，其贫油熄火油气比极限只有目前系统的25％～50％。这些试验结果很有意义．     

TECH56技术计划的发展

为了满足21世纪研制高性能、轻重量、结构紧凑、高可靠性、低排放和低噪声的涡扇发动机的需求,并改进改型现有的航空发动机,CFMI公司于1998年初制定了为期3年的TECH56技术计划。该计划旨在开发和验证未来民用涡扇发动机的先进部件技术,为最终研制单级高压涡轮、中等压比的涡扇发动机提供技术储备。SNECMA公司负责研制后掠风扇、轻质结构和先进低压涡轮;GE公司负责研制高压压气机、低排放燃烧室、高压涡轮和刷式密封;SNECMA和GE公司共同研究高、低压涡轮的相互作用,开发轴承材料、声学技术和控制技术。以CFM56发动机为参照,TECH56技术计划的总目标是降低购买费用15％～25％,降低燃油消耗率4％～7％,降低维护费用15％～20％,NOx排放量降低到低于国际民航组织(ICAO)规定值的50％,噪声比FAR36第3     

航空发动机地面试车验收空中工作点性能的机理研究

为了通过航空发动机地面试车验收空中工作点性能,本文利用防喘调节系统的工作原理和相关参数,采用发动机稳态性能计算的方法,确定了某双转子混合排气涡扇发动机压气机出口温度、涡轮前温度和排气温度在地面试车与空中工作点间的换算系数。在考虑发动机性能分散度的基础上,计算了推力性能的验收指标,其结果与实际发动机基本吻合,证实了验收机理和方法的正确性。本研究结果为航空发动机空中工作点的性能验收提供了借鉴和参考。     

涡轮导向器喉道燃气流量计算及参数敏感性分析

以某型大涵道比涡扇发动机为对象,采用高压涡轮导向器喉道流量函数的方法,计算得到燃烧室的出口温度,并间接获得燃烧室出口燃气流量。计算结果表明,本文方法所得结果与设计方计算结果吻合较好。在此基础上,针对该计算方法进行了参数敏感性分析,其结果将有助于飞行试验工程师更加合理地选择测试方法及传感器类型,为后续的试验工作奠定技术基础。     

涡扇发动机加减速特性显式与隐式计算方法

为了探索一种便于进行涡扇发动机过渡态控制规律设计的性能计算模型,提出了基于部件法的涡扇发动机加减速的显式格式和隐式格式计算方法,该方法通过在发动机计算模型中直接给定喘振裕度限制值、燃烧室油气比限制值和涡轮进口总温的限制值,计算出最优的加减速特性,进而获得发动机的最优加减速控制规律。计算模型针对不同的给定值,选择了不同的燃烧室容积效应模型。证明了对一般的涡扇发动机,隐式格式计算模型中,给定压气机喘振裕度算法的解是唯一的。以某涡扇发动机在地面的加减速过程为例,按最优加减速控制规律计算,显式格式算法和隐式格式算法的结果误差小于1.3%.对给定高压转子转速加速率的加速特性也进行了验算,计算结果与最优加速过程的结果误差小于1.7%.本文提出的加减速特性计算方法可为涡扇发动机的过渡态开环和闭环控制规律设计提供便捷的手段。     

带涡轮燃烧室的涡扇发动机设计点性能分析

本文采用气动热力循环参数分析方法,对一分开排气、涡轮级间带燃烧室的涡扇发动机进行了设计状态下的气动热力计算,分析了发动机不同部件对总体性能的影响。其结果可为新一代涡扇发动机的设计提供参考。     

涡扇发动机低转速部件特性扩展和风车状态性能模拟

借助涡扇发动机风车特性研究的最新成果,开展了某型涡扇发动机的风车性能数值模拟研究.首先,基于不可压流理论,附以可压缩效应修正的指数法发展了补充慢车转速以下部件特性的计算模型和计算程序;其次,根据流量连续、压力平衡、功率平衡、燃烧室进出口总温相等及转速相等等约束条件建立了风车状态时涡扇发动机高低压转子及整机的共同工作方程;最后发展了具有一定计算精度的涡扇发动机风车状态特性计算模型和程序,并以某型涡扇发动机为例,计算分析了不同飞行条件下发动机的风车特性,从计算结果看,其趋势是合理的.     

大涵道比涡扇发动机发展研究

大涵道比涡扇发动机用途广泛、市场巨大,对国民经济发展、国防建设和科技进步具有重大推动作用和战略意义.概述了国内外大型军民用运输机的发展现状,归纳了其性能与适航要求更高、经济性与环保性更好的发展趋势,总结了其多继承少创新,共用核心机系列化和军民融合的发展途径.针对中国目前和未来的需求,提出了需要突破的总体设计、稳定性、高压高效叶轮机、高性能燃烧室、先进空气系统等通用技术和适航、大尺寸弯掠风扇叶片、复合材料风扇叶片、低噪声设计、低污染燃烧室、反推力装置等特有技术.     

涡扇发动机加减速控制规律设计的定状态法

为便于开展涡扇发动机过渡态控制规律的正向设计,提出了一种基于模型的定状态控制规律设计方法。通过固定发动机加减速过程中的转速状态量,逆向求解满足物理约束条件的最优燃油量,获得发动机最优加减速控制规律。以某涡扇发动机为例,使用该方法基于部件级模型动态仿真分别设计了发动机过渡态开环油气比控制规律与闭环转子加速度控制规律,结果表明:两种控制规律仿真结果基本一致,满足最短加减速时间的要求,发动机高、低压转速仿真曲线与设计状态一致,发动机涡轮出口总温、燃烧室余气系数和喘振裕度等主要参数均未超限,验证了所提出的涡扇发动机加减速控制规律定状态设计方法的正确性和有效性。