基于燃烧室多反应器模型的民用涡扇发动机排放预测

选用燃油JetA为航空燃料,建立了简化火焰锋面模型、燃烧化学平衡模型、燃烧动力学模型、燃油雾化模型、燃油蒸发模型及污染排放生成模型.采用基于燃烧室多反应器模型对发动机在不同工作状态下的排放产物NOx、未燃碳氢化合物(unburned hydrocarbons,UHC)和CO进行了计算.结果表明:燃烧室内火焰温度越高,NOx排放量越大.在发动机工作在低转速工况下时,燃油液滴的雾化直径大,造成CO与UHC排放量增加.基于燃烧室多反应器模型计算通用性强、速度快,适合与发动机性能程序相结合,在发动机设计阶段对发动机不同工作状态下的排放产物含量进行预测计算.     

基于ICAO起降模型的中国机场飞机排污计算研究

结合ICAO机场排放计算方法,在考虑3种主要气体污染物HC、CO和NOx的情况下,提出了适合中国机场飞机排放污染物的计算方法。该方法基于国际民航组织（ICAO）规定的标准起飞着陆（LTO）循环的模型,采用ICAO发动机排放数据库（ICAO aircraft engine emissions databank）,通过搜集中国民航机队的飞机／发动机配置信息及所列机场航班计划表,计算出机场污染物年排放量。     

民用飞机全航线排放预测

针对民用飞机全航线的排放预测问题,运用飞机升阻特性模型、发动机性能模型和飞机航线性能模型计算了民用飞机在全航线上的飞机升阻特性与发动机性能,并将以上模型与基于T₃-p₃法与波音流量法所建立的排放计算模型相耦合,详细计算了飞机在实际飞行过程中未燃碳氢化合物(UHC)、一氧化碳(CO)、氮氧化合物(NOx)的排放指数,并得到了全航线的各种污染排放物排放总量,完善了民用航空发动机排放预测分析体系,为低污染民用航空发动机的设计与评估提供理论依据.计算结果表明,飞机处在起飞以及爬升阶段时,NOx的排放指数较高,而UHC与CO的排放指数较低;当飞机处在下降以及进场时,NOx的排放指数较低,而UHC与CO的排放指数较高.NOx的总排放量在3种污染排放产物中最高.      

燃烧室进口高温高压状态下一氧化碳排放特性研究

对装有双旋流空气雾化喷嘴的试验燃烧室在宽广进口总温、进口总压范围以及燃烧室油气比范围内的一氧化碳排放特性进行了试验研究。取得了燃烧室在高温高压状态下工作时一氧化碳排放特性结果。并且根据已有一氧化碳排放指数经验模型,计算了相同工况下该试验燃烧室一氧化碳排放量。      

航空运输业排放环境影响评估研究

利用ICAO发动机排放数据库构建了航空运输业排放环境外部成本测算模型,并选取首都国际机场等6个国际机场作为实证研究的对象,测算了其2008年排放产生的环境外部成本,可以看出中国机场普遍存在着显著的排放环境外部成本。同时,针对中国航空运输业的发展现状,提出了通过实施排放权交易制度将中国航空运输业环境外部成本内部化的政策建议。研究成果可用于中国航空运输业排放环境外部成本的测算和治理。     

考虑飞机排放因素的飞机巡航性能参数优化方法

巡航是民航飞机主要的飞行阶段,航班飞行中绝大多数的燃油消耗、飞行时间和污染物排放均发生在该阶段。基于国际民航组织（ICAO）基准排放数据和BM2方法,建立了污染物排放量和排放成本计算模型;提出污染物排放价格权重、成本指数排放因子和综合成本指数概念,以改进飞行成本计算模型,考虑污染物排放对飞行成本优化的影响;通过计算分析输入成本指数对性能参数和飞行成本的影响,建立了基于搜索方法的综合成本指数优化流程,并采用Visual Studio予以开发实现;然后计算了综合成本指数飞行的经济效益,以及飞机质量、成本指数和巡航高度对飞行成本的影响。结果表明,选择合适的综合成本指数和巡航高度,可使总飞行成本达到最小,提高运行经济性。与传统巡航相比,在典型情况下采用综合成本指数巡航可以降低相同条件下的总飞行成本的0.15%。     

我国航空运输排放环境外部成本评估与市场化治理研究

加快完善绿色民航治理体系、建立基于市场的民航减排机制是“十四五”时期我国民航绿色发展的重点任务之一。民航飞机在飞行过程中会产生温室气体CO₂和有毒气体HC、SO₂、NO_X、CO等。本文通过测算飞机排放的各种气体的排放量和单位环境外部成本,构建了航空运输排放环境外部成本的评估模型,并以我国航空运输为研究对象评估了2016～2021年排放的环境外部成本、吨公里环境外部成本和弹性。最后,通过研究欧盟排放交易体系(EU-ETS)、国际民航组织(ICAO)的国际航空碳抵消和减排计划(CORSIA)、欧洲机场氮氧化物排放收费等,从市场化治理角度提出启动飞机氮氧化物排放收费制度的研究、适时将国内航空运输纳入全国碳排放权交易市场等政策建议,以期推动我国航空运输业绿色、低碳、高效发展。     

湍流燃烧模型在航空发动机喷雾燃烧中的应用

使用自主开发的计算软件,数值模拟航空发动机旋流杯环形燃烧室三维湍流煤油两相燃烧过程,采用多维经验分析法与多步反应火焰面模型预测旋流杯环形燃烧室污染物排放,对4种湍流燃烧模型预测喷雾燃烧流场与污染物排放能力进行评估.各模型所得的计算值与试验数据较为相符,表明这些模型都可用来预测旋流杯环形燃烧室两相燃烧流场和污染物排放能力,但是不同模型的计算精度不相同.其中多步反应火焰面模型所得的出口温度分布与污染物排放与试验结果最接近,其预测精度高于其他模型.因此合理选择湍流燃烧模型可以提高计算准确性和可靠性.      

低排放燃烧室化学反应器网络模型的参数化

为了掌握低排放燃烧室的污染物排放情况,对其化学反应网络器(CRN)模型的参数化进行研究.对爬升工况下燃烧室CFD数值模拟结果进行分析,划分燃烧室的结构,得到燃烧室的CRN模型.再利用自编程软件对燃烧室的结构参数和进口参数进行参数化定义,并把参数化的CRN模型在不同工况下的模拟结果与试验结果分别比较.结果表明:在慢车工况下二者相差不大,在爬升工况下二者差异也在允许误差范围之内.验证了该模型可行性较好,该参数化CRN模型可用于预测低排放燃烧室的污染物排放量和出口温度.     

从ETS看世界航空减排上的异同

输业的排放量占欧洲总排放量的3%;美国航空运输业排放量占该国总排放量的2%.但是,有证据指出,航空器排放对气候变化的影响有加倍效应.随着技术的进步和航空运输业的市场需求增长,航空减排将成为业内越来越关注的议题之一,也引起了全社会的高度重视.     

结冰模拟软件AERO-ICE中的关键数值方法

自然积冰对于航空飞行安全造成重大隐患,飞机在穿越富含过冷水汽的云层时冰形将按一定的物理规律积聚生长。介绍了一款三维结冰数值模拟软件AERO-ICE,该软件由网格自动生成、空气流场RANS计算、水滴场欧拉方法计算、结冰热力学分析四个模块组成。在空气流场计算方面,采用SPF k-v²-ω湍流模型,该模型引入湍流非平衡特性修正,预测的带冰翼型最大升力系数和失速攻角相对SA和SST模型有显著的提高。水滴场欧拉方程由于源项较大,迭代求解时容易发散,AERO-ICE软件采用流场光顺、二阶MUSCL空间离散以及LU-SGS隐式时间推进方法改善了数值稳定性。在结冰热力学分析模块,AERO-ICE软件同时具有Messinger与Myers模型,并将Messinger模型预估的壁面温度作为Myers模型的边界条件,从而解决了Myers模型温度设置的经验性问题。AERO-ICE软件支持多块网格、多重网格加速技术与大规模并行计算,其冰形计算结果得到了初步的验证。     

民用航空发动机低排放燃烧室技术发展现状及水平

为了从科学和技术的角度展望民用航空发动机低排放燃烧室技术的发展方向,基于污染物生成机理及控制原理阐述了富油和贫油燃烧的污染排放控制方法,回顾了富油-焠熄-贫油燃烧（RQL）、贫油预混预蒸发燃烧（LPP）和贫油直接喷射燃烧（LDI）3种低污染燃烧技术的发展现状,并分析了新一代民用航空低排放燃烧室技术目前所达到的低污染排放水平。采用贫油燃烧技术的双环预混旋流器燃烧室（TAPS）已经应用于型号并取证,其NO_x排放比CAEP/6（Committee on Aviation Environmental Protection/6）标准低50.0%~65.8%,达到了超低排放水平,证明了贫油燃烧的发展潜力。要实现NO_x排放比CAEP/6低75.0%以上的超超低排放目标,需要利用燃烧数值模拟和光学诊断等先进工具,对燃烧室内喷雾、混合、流动、燃烧及它们之间的非定常相互作用开展更深入的研究。     

民航运行风险的灰色神经网络模型

采用灰色神经网络的方法,建立了中国民航运行风险的非线性在线模型。模型以风险监测指标作为输入,以评价民航安全的综合指数作为输出。编写了模型计算软件进行仿真计算,计算结果表明,模型预测值与实际安全综合指数值吻合较好,验证了方法的正确性。利用该模型既可以确定风险监测指标中的主要影响指标,为民航降低运行风险提出合理的建议;又可以对民航安全的综合指数进行分析,为行业的安全运行提供预警。     

航空运行风险的灰色神经网络模型

采用灰色神经网络的方法,建立了中国民航运行风险的非线性在线模型.模型以风险监测指标作为输入,以评价民航安全的综合指数作为输出,编写了模型计算软件进行仿真计算.计算结果表明,模型预测值与实际安全综合指数值吻合较好,验证了方法的正确性.利用该模型既可以确定风险监测指标中的主要影响指标,为民航降低运行风险提出合理的建议;又可以对民航安全的综合指数进行分析,为行业的安全运行提供预警.      

航空发动机全生命周期碳排放计量方法研究

航空是碳排放八大重点行业之一,航空产业的碳排放主要受航空发动机碳排放的影响,因此亟需开展航空发动机碳排放计量方法研究。以生命周期评价作为航空发动机碳足迹的量化方法,将航空发动机全生命周期碳排放分为燃料周期碳排放与材料周期碳排放,并分别进行统计;将航空发动机系统边界进行划分,提出各个阶段应进行的数据收集,并对数据做出要求,得到一套相对完整的航空发动机碳排放计量方法。本文得到的方法可以从生命周期的角度全面评估航空发动机碳排放,可为航空发动机全生命周期碳排放计量提供指引,从燃料角度与材料角度为减排提供理论基础。     

FlowStar:国家数值风洞(NNW)工程非结构通用CFD软件

计算流体力学（CFD）仿真软件是流体相关的数学物理知识和工程实践经验的数字化表达,是工业数字化转型的重要助推。然而,大型工业CFD软件研发难度极高,需要同时兼顾功能多样、系统稳定、性能优越、交互友好等特征。依托国家数值风洞（NNW）工程,研发出一款通用流场模拟软件NNW-FlowStar,并在航空、航天等工业部门大力推广使用。软件基于非结构有限体积求解方法和大规模并行计算技术开发,结合现代化软件工程思维设计,具备先进的数值方法、高效的计算效率和友好的用户操作界面,可满足各类复杂外形的高效气动模拟。独特的重叠网格技术配合六自由度运动模块,可帮助实现武器分离、舱门定轴转动等各类气动-运动协同仿真需求。多类标模案例和复杂工程应用表明,FlowStar软件算法鲁棒、精度可靠,是一款高精度、高效率、高可靠性的通用CFD仿真软件。通过对软件的架构设计和功能应用进行介绍,使相关从业人员能更好地了解FlowStar软件,最终促进国产自主CFD软件生态的良性发展。     

基于贝叶斯网络的民航安全分析研究

安全在民用航空领域占有举足轻重的地位,直接影响民航企业的生存和发展。科学合理的安全分析便于及时发现民航领域存在的安全问题,预防航空事故诱发因素的萌生,提高民航安全管理的科学性和可操作性。根据民航安全的特点,建立了基于故障树的多态贝叶斯网络系统安全分析模型,综合运用诊断推理和因果推理形式,实现了定性与定量相结合的民航安全分析,通过航空灾难的实例验证了方法的有效性。在此基础上,提出采用区间型贝叶斯网络进行民航安全分析,克服了其他方法只能分析计算单点概率值的局限性,比传统的安全评估更客观,更有说服力。