涡轴发动机部件特性修正及更新方法

针对由航空发动机零部件制造、装配及性能退化引起的发动机模型与实际发动机之间的性能不匹配问题,提出1种基于粒子群优化算法(PSO)的发动机部件特性自动修正及更新方法。根据发动机部件级模型的输出数据和发动机性能分析软件GasTurb计算结果,以发动机关键测量参数所定义的目标函数最小为优化目标,利用PSO获取不同相对换算转速下的部件特性修正因子,并在线完成特性图的自动更新。并以某型涡轴发动机为对象进行仿真验证,结果表明:该方法可有效提高涡轴发动机部件级模型的精度,并直接输出更新后的部件特性。     

航空涡轴发动机发展趋势

基于国际上典型航空涡轴发动机的发展历程,概括了航空涡轴发动机产业发展趋势,其所呈现的系列化、军民两用化和国际合作化特点十分鲜明,国家层面实施的发展计划对航空涡轴发动机的发展起到了重要引领作用。基于统计分析,展望了航空涡轴发动机结构布局和性能发展趋势。研究表明:在结构布局方面,航空涡轴发动机朝着结构紧凑化方向发展,压气机和涡轮级数呈现不断减少的趋势。1 500 kW级以下的航空涡轴发动机将更普遍地采用单级/双级离心压气机和单级涡轮,1 500 kW以上的航空涡轴发动机将更普遍地采用轴流+离心组合压气机和双级涡轮,同心轴前输出功率型式成为主流功率输出型式。在性能方面,未来先进航空涡轴发动机的压比将达到30,涡轮前温度将达到1 900 K,油耗将低至0.20 kg/(kW·h),单位功率将达到400 kW/(kg/s),功质比将达到14 kW/kg。      

增强的涡轴发动机诊断系统

涡轴发动机的维护是陆航全部使用和维护成本的重要组成部分。现有发动机可靠性很高,但一些部件具有高的故障拆卸率。高的故障拆卸率是由于故障隔离措施不充分,维护操作不彻底,部件更换的随意性等原因造成的。本文介绍美国陆军、通用电气公司飞机发动机公司、西科斯基飞机公司和 Qualtech 系统公司联合研制的增强涡轴发动机诊断系统(ETEDS)。为通用直升机开发的基于个人计算机的涡轴发动机诊断系统技术与基于万维网(WEB)的交互式电子技术规程(IETM)进行综合应用提供了一种增强的、自动的方法来降低发动机或飞机故障排除和修理期间不必要的电子部件更换所带来的影响。     

涡轴发动机双回路PI控制器多发功率匹配

为了应对多个发动机共同驱动同一直升机时,单个发动机性能衰退所引发的输出功率不平衡问题,以控制2个转子转速的双回路结构PI控制器为基础,将外回路改为直接功率控制回路,搭配能够计算旋翼在一定转速下需求功率的机载模型,构建了1种涡轴发动机多发功率平衡匹配控制系统.内回路分别采用燃气发生器转子转速控制回路和动力涡轮转子转速控制回路,得到参数不同的控制器并进行了仿真验证和对比.结果表明:所设计的双回路PI控制器能够在保证涡轴发动机动力涡轮转速恒定的同时,使性能衰退程度不同的2台发动机输出相同的功率.     

先进通用核心机派生发展的理念、方法及实践

概述了核心机派生发展发动机的历史背景和某些典型派生发展案例。阐明了先进通用核心机及其派生发展的理念及优势,给出了先进通用核心机派生发展的基本方法,包括通用核心机流量选择、热力循环参数选择、部件构型选择、部件高效稳定工作范围确定等。此外,从市场定位、先进性确定、核心机方案设计等方面介绍了某先进通用核心机的研发历程,并阐述了由其派生发展的飞机用涡轴、涡桨、涡扇航空发动机以及车用燃气轮机产品的研制。通过实践表明了先进通用核心机派生发展的可能性及由此带来的降低风险、缩短周期、节约经费等方面的优势。     

核心机及其派生发动机发展的方法研究

核心机及其派生发动机发展的方法研究表明,可通过增大空气流量和增大核心机循环功来实现发动机推力增大,但这需要在发动机设计中事先考虑工作转速、流通能力和叶轮机功率等的储备。在核心机基础上进行发动机系列化发展,原则上可采用保持高压压气机设计换算转速不变、或保持最高燃气温度不变的技术措施,但在实际应用中上述两种方法都采用。因此,在核心机及基本发动机研制中．既要有燃气温度和转速的储备,又要有高压压气机性能的储备。由于使用要求不同,在核心机基础上研制大涵道比涡扇发动机和小涵道比加力涡扇发动机的技术途径是不同的。     

波转子技术对涡轴发动机性能的影响

本文分析了采用波转子技术后涡轴发动机的性能改变，讨论的是典型的四端口波转子加入基准发动机后可采用的五种循环形式，用热力学方法计算了波转子发动机的性能参数。结果表明，采用波转子技术可在保持压气机压比、涡轮膨胀比和进口温度不变的情况下大幅度提高基准发动机性能。     

涡轴发动机/直升机综合控制仿真平台设计

建立了UH-60直升机/T700涡轴发动机综合控制数字仿真平台。基于VC++环境开发了包含UH-60直升机/T700涡轴发动机综合实时模型的上位机程序,与运行机载涡轴发动机+旋翼实时模型及在线优化控制模式的下位机程序。两者基于TCP/IP协议实时通讯,可进行模拟实际直/发综合优化控制的数字仿真实验。在该数字仿真环境下,分别给出了提高直升机常规飞行性能的多种优化控制模式仿真、变旋翼转速优化控制以及快速功率跟随控制模式仿真,充分表明该平台可为新一代直/发综合系统的开发研制提供一个可靠的前期数字仿真验证。     

涡轴发动机监视参数选择与诊断方法研究

介绍了涡轴发动机性能参数与监测参数选取的依据和方法 ,建立了利用故障因子概念诊断发动机故障的数学模型 ,给出了亚定型故障诊断方程组的解法及其发动机健康状况判定依据和故障诊断有效性的评价指标。运用发动机的实际无故障数据和模拟故障数据进行了仿真。结果表明 :建立的诊断模型可信 ;选取不同的测量参数可诊断不同的发动机故障 ;减少系统测量误差可以提高诊断的有效性。该系统对在役涡轴发动机的健康监视具有实用性 ,对其它发动机具有参考价值。     

涡轴发动机性能退化数学建模研究

分析了航空发动机各部件性能退化原理;分别建立了压气机、燃烧室、涡轮性能退化的部件模型;根据航空自由涡轮式涡轴发动机的工作和使用特点,建立了性能退化的涡轴发动机数学模型;利用该模型,仿真研究了不同部件性能退化对涡轴发动机性能参数的影响。结果表明,建立的模型正确反映了部件退化对涡轴发动机的影响。     

"系列核心机及派生发展"的航空发动机发展思路

核心机的派生发展一直受到航空发达国家的高度重视，并成为发动机系列化发展的主要技术途径。根据我国目前的发动机发展现状。本文提出了“系列核心机及派生发展”的发动机发展思路，对核心机技术及核心机的派生发展进行了讨论和分析。详细介绍了5个核心机的基本参数，通过这5个核心机派生发展形成的系列化发动机，其推力可以覆盖200～20000daN范围，基本能够满足我国军民用飞机发展对动力装置的需求。     

Feature analysis on US military aircraft engine advanced technology programs

US military aircraft engine advanced technology programs were overviewed and analyzed from light weight gas generator (LWGG) program initiated in 1960s through integrated high performance turbine engine technology (IHPTET) program started in 1980s, then to versatile affordable advanced turbine engine (VAATE) program. Some features and trends were summarized and concluded by literature statistics method, such as teams based on closely corporation among government, industries and academics, goals oriented with national defence strategies and weapon system development requirements, engineering manufacture and development including all relative disciplines and areas, verification measured by technology readiness level, the application extending to military aircraft engine, civilian engine, gas turbine and space vehicle, etc. The experience and lessons obtained can provide reference and guide for technology research and engineering manufacture and development of military aircraft engines in the world.     

民用航空发动机核心机技术发展研究

民用发动机的发展历史显示,在先进核心机基础上发展系列发动机是民用发动机发展最突出的一个技术特点。本文分析和总结了在核心机基础上进行系列发动机发展的主要技术方法和特点,阐述了现代高性能发动机的技术特点和关键技术。根据民机发动机发展规律和我国国情,提出了我国民用发动机发展的几点建议。     

超声速发动机温度测量技术发展现状

火焰温度及温度场分布的测量是航空航天超声速发动机测量技术的重要环节。由于超声速发动机内部温度过高、工况复杂恶劣,应用于亚声速发动机的接触测量技术已难以达到测量要求。针对超声速发动机温度测量传感器的设计方式、试验、温度、测量误差等核心问题,本文综述了现阶段超声速发动机接触式温度测量的方法,重点介绍了辐射与红外测量、可调谐二极管激光吸收光谱（TDLAS）、相干反斯托克斯拉曼散射（CARS）及温度敏感涂料（TSP）等非接触温度测量技术在超声速发动机应用的研究进展和发展趋势,对后续的超声速发动机温度测量技术研究工作具有一定的借鉴作用。     

涡轮基组合动力技术发展分析

在高超声速推进系统中,涡轮基组合动力装置凭借宽广的飞行范围和良好的比冲性能,成为临近空间飞行器的主要候选动力装置。历经几十年发展,其在关键技术方面取得了诸多突破,目前正向着工程研制方向迈进。通过对国外TBCC动力技术的发展路径、技术特点、研制经验进行系统分析,认为TBCC动力技术研究主要围绕高速涡轮发动机、冲压发动机以及组合循环发动机的技术验证开展。用于TBCC动力的涡轮发动机首选是现有发动机的改进,未来可能在继承涡轮发动机先进技术的基础上,针对高马赫数任务场景等特点进行适应性设计,发展高速涡轮发动机;冲压发动机技术进展显著,但还需向大尺寸方向发展;模态转换技术虽然取得一定突破,但还需深入验证。基于未来临近空间飞行器的需求,立足于现有技术基础和可预见的技术方向,分析提出了TBCC动力技术发展建议：提前开展关键技术预研、基于现有资源发展演示验证平台及进行基于技术发展需求的飞发协同设计。     

变循环涡扇冲压组合发动机发展现状及关键技术分析

总结了国内外变循环涡扇冲压组合发动机的发展现状,对比分析了有/无能量传递构型的变循环涡扇冲压组合发动机的工作原理及优缺点。提炼了变循环涡扇冲压组合发动机的关键技术,包括总体性能仿真技术、高速宽工况风扇设计技术、加力/冲压燃烧室设计技术、热管理系统设计技术以及模态转换设计技术。基于国内需求和相关技术研究现状,给出了变循环涡扇冲压组合发动机后续重点研究方向的建议,包括发动机总体性能设计与仿真工具、发动机多设计点多学科耦合设计方法、发动机热管理系统设计与仿真建模以及关键部件的设计与试验。     

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.      

低压转子分出功率对高空长航时无人机发动机的影响

建立了高空长航时无人机发动机性能计算模型,引入雷诺数对发动机部件性能影响的修正,编制了相应的计算程序.计算分析了不同类型的中小推力涡扇发动机在高空条件下低压转子分出功率对发动机和核心机状态的影响,以及高/低压转子同时分出功率对发动机的影响,并对分出功率在高、低压转子的分配比例进行了分析.结果表明:在高空条件下,与高压转子分出功率相比,低压转子分出功率能明显改善无增压级涡扇发动机的风扇/压气机喘振裕度和带增压级涡扇发动机的增压级喘振裕度,能在保证发动机稳定工作的前提下,大幅度提高无增压级涡扇发动机的高空分出功率能力,有效提高带增压级涡扇发动机的高空分出功率能力,此外,低压转子分出功率可使核心机的转速、换算流量、增压比提高9%~14.8%,能有效地挖掘核心机的潜力.      

某型涡扇发动机起动过程数值模拟

基于发动机设计点参数和压气机、涡轮高转速特性数据,完善了一种计算风扇、高压压气机和高、低压涡轮小转速特性近似方法,并进一步基于涡扇发动机部件匹配技术,建立了某型涡扇发动机起动过程计算模型及相应算法,给出了比较合理的发动机起动过程模拟结果.      

旋转爆震燃烧航空涡轮发动机研究综述

旋转爆震燃烧具有燃烧过程自增压、熵增小、循环热效率高等特性,将其应用于航空涡轮发动机,有望实现发动机性能阶跃式突破。主要介绍了旋转爆震燃烧的基本原理及特点,总结了国内外旋转爆震燃烧技术、旋转爆震涡轮发动机性能和试验技术的研究现状,论述了旋转爆震燃烧加快应用到航空涡轮发动机上需要深化研究宽范围进气下稳定爆震燃烧组织、旋转爆震燃烧与上下游匹配等关键技术,并对中国旋转爆震燃烧航空涡轮发动机工程化应用提出了制定长期发展规划、实施专项研究计划、组建联合团队等发展建议。