斜爆震发动机研究进展与技术挑战

斜爆震发动机（Oblique detonation engine, ODE）采用驻定斜爆震波（Oblique detonation wave, ODW）实现高超声速气流中燃料化学能向推进系统机械能的高效转化，可大幅提升吸气式飞行速域上限，具有重要发展潜力和应用价值。本文从早、中、近期3个阶段概述ODE发展历程，总结当下斜爆震燃烧及发动机的研究现状。重点从发动机设计角度综述国内外在斜爆震燃烧组织、燃料喷注掺混以及总体性能与内流设计3方面的研究进展。深入分析了总体约束下的内外流一体化设计、高超声速气流中的燃料喷注掺混、复杂来流条件下的稳定燃烧组织、高热载荷防护以及超高速工况试验条件5大技术挑战及重点关注方向，为后续深入技术攻关及应用提供参考。     

中小型核心机派生发动机设计研究

为了研究中小型核心机派生发动机的总体方案设计,以核心机各部件共同工作约束和高低压的匹配机理为基础,研究核心机几何面积不可调和几何面积可调设计点的选取对核心机特征参数的影响,建立了核心机派生发动机总体性能和尺寸重量计算模型,应用该模型对某一先进的中小型核心机派生大涵道比涡扇发动机进行了总体方案设计研究。结果表明：在核心机几何面积不可调时不能同时发挥核心机的机械负荷和热负荷,只有核心机几何面积可调时才能够同时发挥核心机的机械负荷和热负荷,在低压压缩系统增压比为1.8时,核心机几何面积可调比核心机几何面积不可调发动机的进口物理流量增加16.4%,推力增加14.1%,耗油率降低了1.4%。     

飞机离场性能参数计算方法研究与实现

针对国产民机起飞离场中的性能参数计算需要,建立了等表速爬升、等马赫数爬升、等爬升率爬升、等爬升梯度爬升以及等爬升比爬升共5种模式下的飞机起飞离场航迹与性能参数计算模型,并以B737-800飞机的基础性能参数为例,对模型进行编程实现。与波音公司BCOP软件相比,二者的轨迹、不同时刻的推力、燃油流量、阻力及爬升率变化趋势一致,总时间、距离及燃油流量的偏差在2.5%以内。研究结果表明,所提算法可应用于国产民机的起飞离场航迹超障安全性、经济性和噪音分析。     

某型涡桨发动机气动热力仿真计算

文章计算了各气路部件之间的气动热力参数和总体性能参数大小,分析相互关系,进而对发动机的设计提供理论依据。针对某型涡桨发动机的气路结构进行了气动热力仿真计算研究,利用设计手册给定的发动机设计点主要工作参数数据进行气动热力仿真计算,对比计算得到的发动机总体性能参数数据与设计点给定的总体性能参数数据,验证了仿真计算算法的有效性以及准确性。针对气动热力仿真计算结果所产生的误差,初步分析并验证了算法优化需要考虑的部件特性的耦合系数以及引气对发动机性能的影响等因素。     

推桨式察打无人机起落架总体布置参数设计研究

现有飞机起落架总体布置参数设计的规范和要求主要适用于传统战斗机，如果按此规范和要求设计推桨式察打一体无人机起落架将带来诸多问题。从推桨式察打一体无人机的布局和飞行特点入手，通过对起落架总体布置参数的定义和内涵进行分析，提出一种适合推桨式察打无人机起落架总体参数和总体布置的设计方案；对察打一体无人机起降特点进行分析；对比“捕食者B”无人机起落架总体布置参数，验证本文设计方案的有效性。结果表明：擦地角可减小，建议不小于6°（静态，含间隙）；防倒立角可减小，建议11°～12°（静态）；停机角范围可适当减小，建议-2°～-1°；起落架总体布置方案可选择机身式、较长的外八字形起落架布置型式。本文设计方案应用到了翼龙无人机起落架总体布置参数设计，并取得了良好的效果。     

高致密弹携式蜂群布局与多体分离方案

为解决蜂群突防能力弱、作战半径小的弱点，加快形成分布式协同作战的平台级能力，提出一种弹携式蜂群无人机作战系统，利用导弹载体内埋搭载多架小型低成本无人机，通过导弹-蜂群多级运载的战术制定，实现蜂群的快速有利部署。采用兼顾总体相容性的气动布局优化设计技术，综合运用布局选型、数值仿真分析及风洞试验验证，完成一种高致密嵌入式的蜂群布局方案设计，依靠对翼面折叠的小型无人机沿集束柱周向布置的内埋措施，可实现单枚导弹搭载80架小型蜂群无人机的运载能力。针对导弹-蜂群高速多体分离的设计难点，采用优化的分离策略设计，基于改进延迟分离涡模拟方法及重叠网格技术进行蜂群多体分离仿真，结果能够满足蜂群无人机的安全分离。最终的设计方案既保证了蜂群多体量饱和式攻击的作战效能，又实现了系统突防能力和续航能力的显著提升，可满足未来强对抗战场的多种作战使用需求。     

面向联结翼总体设计的气动弹性优化

由于前翼和后翼的连接关系，联结翼飞行器气动和结构特性与常规布局飞行器有所不同，相互连接的机翼形成一个复杂的过约束系统，布局参数繁多，多学科设计空间增加，分析困难。为分析不同布局参数对联结翼整体性能的影响，基于工程梁理论，对不同前后翼连接位置、前/后掠角、上/下反角、端板高度、根梢比等参数的联结翼开展气动弹性优化研究，以最小结构质量为目标，在静气动弹性与颤振等条件约束下，通过遗传算法对联结翼梁架结构翼盒剖面参数展开设计，并采用高精度计算流体力学/计算固体力学（CFD/CSD）耦合方法分析优化后的模型升阻特性。通过气动弹性优化，分别得到最佳结构性能和最佳气动性能的联结翼布局参数，结果表明：这种针对联结翼每个重要参数的最优解集可发现联结翼设计的规律，并为设计提供支撑。     

组合循环发动机飞机/发动机性能一体化分析

采用飞机/发动机一体化分析方法,开展了两种典型组合循环发动机方案（方案一为涡轮/亚燃冲压/双模态超燃冲压组合发动机，方案二为涡轮/引射冲压/双模态超燃冲压组合发动机）总体性能对比研究。基于给定的马赫数为65巡航的高超声速飞行器的飞行任务需求,进行了约束分析与任务分析,优选出满足约束条件下的飞行器起飞推质比和机翼载荷,得到了相应的飞行器起飞总质量和海平面起飞推力,并进行了两种方案的对比研究。结果表明:在完成相同的飞行任务下,方案一的起飞总质量与方案二相当,前者比后者减小了26%；方案一的起飞推力比方案二高出103%；基于涡轮发动机水平,方案一和方案二分别需要采用两台海平面起飞推力为129kN和119kN量级的涡轮发动机。此外,飞行器起飞总质量随巡航距离增加而显著增加,巡航距离为4000km时,两种方案的起飞总质量将达到85t左右。