某型战斗机进气道／发动机相容性研究

简述了在某型战斗机设计过程中,对进气道／发动机相容性问题所作的研究。该研究主要是建立在3项基本试验的基础上,即通过进气道缩比模型吹风试验获得不同飞行状态下进气道出口的畸变参数和图谱;通过发动机低压压气机部件畸变试验获得畸变对低压压气机特性的影响;在上述3项试验的基础上,经过分析和评估,获得偏离进气道调节规律的上边界－发动机喘振限制边界和下边界－进气道喘振限制边界,最后选择了3个飞行状态下进气道出口流场图谱和平均紊流度,研制成模拟板,在高空台上进行了全台发动机进口畸变模拟鉴定试验,通过上述试验研究和评估,为某型战斗机试飞提高了必要的安全保证,并为进气道／发动机相容性设计定型提供了依据。     

基于进发匹配的自适应循环发动机总体性能设计初步研究

建立了自适应循环发动机与进气道的流量匹配数学模型,提出了一种可行的自适应循环发动机总体性能设计方法,并以此为基础对采用FLADE(Fan on Blade)的自适应循环发动机的设计参数选取和性能优化开展了研究。结果表明,自适应循环发动机性能设计,需综合考虑超声速进气道高空大飞行马赫数设计点和发动机地面静止起飞设计点的进发流量匹配需求;发动机设计点FLADE涵道比取值,应随着进气道设计马赫数及该飞行状态下冷却用气需求量的增加而增大。     

高机动飞行下进气道/发动机相容性试验

为了评估飞行攻角和侧滑角快速变化对进气道出口畸变、发动机稳定性的影响,进行了某型飞机高机动下进气道/发动机相容性飞行试验,获得了快速飞行姿态改变时进气道与发动机相关参数的试验数据.通过对飞行数据的整理、计算和分析,研究了高机动状态下进气道出口的畸变特性、发动机稳定性以及进气道出口畸变和发动机稳定性的相关性.研究结果表明:高机动飞行状态下进气道出口流场品质变差,发动机稳定性变差.      

进气道/发动机一体化多变量控制方法研究

针对亚声速情况下飞机机动飞行过程中大攻角状态下进气道和发动机之间流量难以匹配而导致推进系统推力损失较大的问题，提出了一种进气道/发动机一体化多变量控制方法。基于进气道/发动机一体化模型推导出了带有辅助进气门的进气道/发动机共同工作方程，并分析了共同工作原理，选用进气道和发动机的共同工作点位置作为进气道反馈量，增广到状态量中以保证进气道和发动机流量匹配。为了抑制攻角等因素引起的推力瞬间损失，在控制回路中加入了进气道限制保护环节修正控制指令，基于H₂/H_∞算法设计了进气道/发动机多变量控制器。在发动机非线性部件级模型上开展了全数字仿真验证，仿真结果表明，与常规的进气道开环控制结构相比，所提出的进气道/发动机一体化多变量控制具有良好的动态性能，并且在攻角变化情况下推力损失更小。     

二元外压式超声速进气道起飞过程的进发匹配特性

超声速进气道在起飞过程中存在一段特性较差的区域,表现为在零速度附近时进气道出口的总压恢复系数较低,总压畸变指数较高,对发动机高效、稳定工作带来不利影响,是进发匹配研究关注的重点问题之一。本文对一种带有辅助进气门的二元外压式超声速进气道开展进发联合试验和进气道CFD数值仿真,研究起飞过程中进气道流场结构、总压恢复系数、总压畸变指数随发动机转速的变化情况,通过流动机理分析提出了拆除防护网来改善进发匹配效果的技术措施,通过全尺寸进气道与发动机联合试验验证了改进措施的效果。同时,针对试验条件与真实飞行环境存在差别的问题,进行了地面效应影响的数值计算,给出了影响量值,为台架进发联合试验结果推广到飞行条件提供了依据。     

超声速进气道/发动机一体化控制

为了解决超声速进气道/发动机一体化问题,建立了可进行放气调节的超声速进气道部件级数学模型,而后将其与某双轴涡扇发动机部件级模型匹配,实现进气道与发动机共同工作.基于该进气道/发动机一体化部件级模型,分析计算了超声速进气道内流、外流特性,并研究了在超声速工作状态下进气道放气特性,验证了在超声速飞行时,发动机在中间状态与加力状态下,通过进气道放气调节,发动机安装推力提升了3%.     

双发进气道抽吸试验系统及流量高精度测量技术

针对常规进气道试验方法存在流量测量精度低、综合试验能力差等诸多问题,及无法满足不同类型进气道在不同工况下开展性能试验的需要的状况,建立了一套应用于TBCC等双发发动机进气道风洞试验的抽吸试验系统及流量高精度测量技术.系统采用文氏流量计测量方法,以提高进气道流量测量的精度;采用在流量计末端直接加装中压环形引射器抽吸进气道主气流的方法,以满足不同类型进气道在不同工况下对吸入流量的需求;通过设计两套独立的管道系统并分别进行流量的测量与控制,以满足双发进气道不同工况性能匹配和耦合试验的需求.通过风洞验证试验验证了流量计的测量效果和引射器的引射能力,通过风洞应用试验验证了试验系统对不同形式进气道的综合试验能力.试验结果表明,试验系统测量精度高,引射抽吸能力和综合试验能力强,能全面满足各类进气道风洞试验的需求.     

基于地面试验的涡扇发动机装机推力损失分析

为评定涡扇发动机装机推力损失,基于推力直接确定方法开展了发动机推力测量地面试验。通过改进完善安装节推力数据处理方法、进气道冲压阻力计算方法来提高总推力测量精度,分析表明:台架试验推力测量最大误差为2.41%,11架次飞行后停机状态发动机总推力测量误差小于0.8 kN,基本满足推力测量评定的需求。以相同状态台架试验数据为基准,对比发现:随着发动机功率状态增大,总推力损失呈明显增大趋势,中间状态换算总推力损失达到了17.95%,最大状态换算总推力损失达到了27.72%。通过分析风扇换算转速、换算流量等关键参数,得出:装机后受进气道的影响,导致换算流量明显小于同等状态下台架试验的换算流量,同时进气道内气流总压的过大损失,是造成装机后发动机推力损失明显的主要原因。     

发动机短舱溢流阻力的数值模拟

 为分析发动机溢流阻力的产生原因并为进气道-发动机匹配研究提供一定的技术支持,以典型的发动机短舱为研究对象,分析了短舱上的进气道阻力,并详细介绍了相应溢流阻力的数值计算方法。在对发动机短舱外流模拟时,通过引入两个和发动机参数相关的数值边界条件,即一个是定流量的发动机进气道入流边界,另一个是定总温总压的发动机喷流边界,避免了对发动机复杂内流的模拟。利用NACA-1-81-100发动机进气道作为标准算例,验证了数值方法的可行性。通过模拟发动机短舱在不同工作流量下的流动,认为发动机短舱的溢流阻力产生归因为溢流造成的发动机外表面的阻力变化,以及捕获流管变细导致的附加阻力增加。     

关于未来进气道/发动机相容性技术的探讨

传统的进气道/发动机相容性分析方法可能无法适应未来先进飞行器的快速发展,需要发展新的技术和方法。针对该技术领域所面临的挑战,如相容性匹配技术和畸变模拟器面临的挑战,动态畸变的模拟、旋流畸变模拟、耐久性试验及评估的高循环疲劳畸变发生器等,应予以特别的关注。本文根据未来进气道/发动机相容性匹配技术的发展方向,探讨了畸变发生器模拟的应对措施及其气动稳定性鉴定试验的相关问题。     

某型航空发动机进气压力畸变试验研究

针对飞机在大攻角飞行时易引起进气道和发动机进口流场畸变的情况,对某型发动机的综合抗进气压力畸变能力进行了整机试验研究。试验采用插板式畸变模拟器研究发动机综合抗总压畸变能力,获得了各规定风扇换算转速下发动机临界畸变指数,完成了畸变条件下遭遇加速试验,发动机过渡态工作正常。结果表明:该试验方案可行、数据可靠、结果有效,该型发动机满足飞机/发动机相容性试验要求。     

利用边条涡抑制Y形进气道流场畸变

已用于飞机外流流场控制的边条涡技术被首次引入内流场的控制,抑制进气道出口流场畸变,改善进发匹配。针对某型飞机的 Y形进气道,有 3对边条涡片被加装在进气道内,与通常的涡流发生器不同的是,这些涡片被设计来控制整个进气道流场而不是仅仅改善局部的附面层。大量的实验结果证实,这种流场控制措施的改善效果显著,某型飞机的 Y形进气道在亚、跨和超声速等各种飞行速度,及不同攻角、侧滑角和开关放气门等飞行条件下,其出口流场畸变均减小,尤其是原流场畸变较大的情况下改善更加明显。     

发动机和尾喷管匹配引起的跨音振动

本文论述某机在试飞中,飞行状态为H=3000～4000m,Ma=0.82～0.96范围内出现跨音速振动。通过多种途径,寻找“涡”存在的部位,并且为进一步揭示振源的本质,而进行飞机模型吹风和尾喷口模型气流脉动试验,终于找到了气流脉动的原因。最后,采取改装机尾罩,通过试飞实践,排除这一振动,使飞机顺利地通过跨音速试飞。      

进气道/发动机相容性试飞中总压畸变数据的采集与处理

研究了进气道/发动机相容性试飞中总压畸变数据的采集与处理方法,详细介绍了传感器选型、测点布局、受感部设计、测试及采集系统构建的要点,开发了通用动态数据处理软件,并重点研究了动态总压数据处理方法和参数选择问题。通过某型飞机/发动机的进气道/发动机相容性试飞应用及其数据处理表明:提出的测试与采集方案合理可行,工程应用情况良好;动态数据处理中应合理选择截止频率、滤波器阶次以及滤波函数。     

进口流场与发动机工作稳定性试飞

某超音速飞机,在一定的高度和速度范围内,通过“全加力”加速平飞,平飞时发动机加速与节流、跃升和等Ma数爬升等试飞。以调节中心锥体上6个测压点的压力变化规律为依据,进气道出口“十”字形测压耙(图1)的压力分散度值定性地描述流场变化的趋势.来评定进气道与发动机匹配相容性。试飞结果表明:进气道以较弱的超临界状态与发动机相匹配工作;但时,进气道以较严重的超临界状态与发动机相匹配,显得喉道面积偏小;此外大攻角跃升和高空小表速接通加力时,各发生一次空中停车。     

进气加温模拟装置对涡扇发动机进气流场稳定性影响试验

为分析新设计的进气加温模拟装置对涡扇发动机进气流场稳定性的影响,对试验设备、测试方案、进气流场的稳定性评 估方法和试验方案进行设计研究。通过开展气源供气温度、供气流量和发动机状态多因素匹配工况下涡扇发动机与进气加温模 拟装置的联合试验,确定发动机进口气流稳定性指标的最高值。对不同试验工况数据进行计算分析,结果表明：进气加温模拟的 稳压进气道对发动机进口压力场影响较小,发动机状态稳定时进口温度场只有1个高温区,T 1 升高以及发动机状态提高,温度场及 压力场不稳定性增大,多工况下发动机温场周向不均匀度最大为0.6907%,压力场周向畸变指数最大为0.0187%。进气加温模拟 装置条件下,发动机压力场和温度场稳定性情况满足发动机试验要求,可为后续开展发动机进气加温试验提供参考。     

发动机空中插板逼喘试验研究

发动机飞行试验台进气扰流装置由一组安装在被试发动机吊舱进气道内的插板组成,通过安装不同数量的插板可以在被试发动机进口造成10%~60%的6种堵塞比。通过采用在发动机飞行台试验吊舱进气道上安装进气扰流装置对被试发动机进行逼喘试验,探讨了飞行台发动机插板逼喘试验的试验程序和方法。为进行被试发动机空中插板逼喘试验,测量被试发动机进口流场压力分布,对发动机飞行台试验吊舱的过渡段壁面加装了静压座,并安装了总压测量耙,对被试发动机进口的总压、静压及动态压力进行测量.在试验过程中,首先进行均匀流场地面试验,获得均匀来流下被试发动机进口总压流场,然后再安装30%、40%及50%的插板进行被试发动机地面逼喘试验,最后安装40%的插板进行被试发动机空中逼喘试验。研究了在航空发动机飞行试验台上采用插板方式进行逼喘试验的方法,包括试验设备、测试方法、试验程序,并对地面和空中试验的结果进行了简要的分析。     

旁路放气循环高速单轴涡喷发动机安装性能模拟

针对Ma3.5旁路放气循环单轴涡喷发动机,提出一种压气机旁路放气计算方法,建立基于进/排气系统特性数据库的涡轮发动机安装性能计算模型,分析压气机旁路放气对压气机共同工作线和发动机高空高速推力性能的影响,给出压气机旁路放气量的调节原则,计算发动机安装性能、进/排气安装阻力沿飞行轨迹的变化规律。计算结果表明:当飞行马赫数大于2.3后需打开压气机旁路放气,旁路放气阀门面积和放气流量均随着飞行马赫数的增大基本呈线性增大趋势;通过压气机旁路放气,可显著改善单轴涡喷发动机在高空高速飞行条件下的稳定性和安装推力性能,在飞行马赫数3.0附近,可实现安装推力提高30%以上;在跨声速至飞行马赫数2.0区间内,推力安装损失最大,约为非安装推力的25%～30%。     

进气道总压恢复和出口流场试验研究

试验在某型飞机上进行,飞机进气锥按Ma数变化进行无级调节,进气道两侧距唇口约1.5m处各有一放气门,距唇口约5.7m处各有一风戽式辅助进气门(Ma>1.4自动关闭)。 为了测取左进气道出口总压和流场图谱,在压气机进口装有一米字耙,每支耙上有六个按等环面分布的总压测点,在壁面上有四个均匀分布的静压测点。 试飞由DAM-Ⅲ磁记录系统记录,经电子计算机处理。      

涡喷发动机压气机失速、喘振及喘振点参数的测量和分析

本文介绍涡喷发动机在“净”和畸变进气下,涡轮一导面积减小12％或标准一导时,进行旋转失速和喘振试验的试验方法、测量方法及其试验的结果和分析。还介绍两种逼喘方法的试验,一种是静态逼喘,另一种是动态逼喘。试验结果表明,逼喘方式与喘振点参数有关联,动态逼喘的喘振点上的压比值与流量值分别比静态逼喘的低2.8％和1.7％。