间冷回热航空发动机技术发展趋势分析

间冷回热航空发动机是最受到重视的新型循环发动机.详细分析了间冷回热航空发动机的研究背景和开展该类发动机研究的必要性,描述了间冷回热发动机的基本工作原理和典型的技术特征.在此基础上,结合间冷回热航空发动机的技术发展历程的回顾,对其技术发展趋势和应用前景做出了预测.分析表明：间冷回热航空发动机以其低油耗的显著技术优势,将成为未来最有希望的“环境友好”民用航空发动机概念之一.     

间冷回热燃气轮机发展现状

概述了国内外间冷回热燃气轮机的发展现状;结合国内情况,提出了发展大功率舰船用燃气轮机的建议。     

间冷回热涡扇发动机大涵道比风扇技术

为支持间冷回热循环涡扇发动机技术研究,开展了一台涵道比为16.6的大涵道比风扇的气动设计,获得了较高的效率和稳定工作裕度,并对风扇根部流道弯曲形式、转静连接流道形式、转子造型技术和内涵静子周向弯曲形式进行了研究。结果表明,采用的转子根部反曲率流道、转静连接流道、宽弦-正攻角设计转子叶片、根部反弯设计内涵静子,能有效支持气动方案设计,改善大涵道比风扇气动设计中效率低、内涵裕度不足等问题。     

间冷回热涡扇发动机热力学研究

利用MATLAB平台,参考欧盟和NASA近期发表的研究计划,建立双轴分排涡扇间冷回热发动机性能仿真模型,研究间冷技术和回热技术对涡扇发动机性能的影响,并将其与常规布局发动机进行对比分析。结果表明,间冷器的加入会使得单位燃油消耗率(SFC)上升但同时也会使得单位推力(Fs)增大;回热器的加入可以有效降低单位燃油消耗率,最大达28%,但同时使得单位推力下降;间冷回热的综合运用使得单位燃油消耗率进一步下降。对间冷回热发动机来说,总压比、涵道比以及回热器热效率是影响发动机SFC的主要因素,其中回热器热效率影响最大,最大可使得SFC下降32%。     

俄罗斯间冷回热循环技术研究

俄罗斯作为航空动力大国,在间冷回热循环技术方面做了大量研究,并取得一定成果。介绍了俄罗斯在间冷回热技术领域开展的理论研究,对各种间冷和回热组合循环的应用效果进行了阐述,给出了该项技术在燃气轮机上的应用案例。最后从俄罗斯对间冷回热技术的发展规划、研究机构提出的间冷回热实施方案及其关键技术等方面,分析了间冷回热技术在航空发动机上的应用前景。     

间冷回热航空发动机性能计算与分析

在常规循环双轴分排大涵道比涡扇发动机模型基础上,通过引入间冷器、回热器和间冷涵道模型,发展了间冷回热航空发动机(IRA)性能模拟方法.编写了相应的性能计算程序,计算并分析了一种间冷涵道独立排气的IRA的高度速度特性和节流特性.计算表明:全包线内,回热器一直可以正常换热,IRA可以正常工作.不同工况下,IRA的净推力都接近或大于对照常规循环涡扇发动机,而耗油率较对照常规循环涡扇发动机降低9%~20%.     

大涵道比间冷回热涡扇发动机总体方案研究

在分析间冷回热涡扇发动机工作机理的基础上,进行了大涵道比间冷回热涡扇发动机循环参数分析。以波音767-200ER量级飞机为装机对象,开展了间冷回热发动机方案研究。对比分析了间冷回热涡扇发动机与多种类型涡扇发动机的总体性能方案,并从发动机总体性能及特性的角度,比较分析了大涵道比涡扇发动机引入间冷回热技术所带来的收益。最后,提出了研制间冷回热涡扇发动机需突破的主要关键技术。     

间冷回热循环发动机回热器管路系统设计优化

结合Flowmaster软件平台建立回热器供/回气管路系统的流动传热性能仿真网络,利用Isight软件中近似模型方法建立回热器性能与供气管、主管及回流管径之间的响应函数关系。以各回热器模块的冷气流量等性能参数为目标,采用多种遗传优化算法对回热器管路系统尺寸进行优化。结果表明,当供气管径为165 mm、主管管径为70 mm、回流管管径为162 mm时回热器换热量最大,此时管路系统质量为335.04 kg。考虑到在喷管内安装后各回热器模块燃气侧流量分配不均匀性的影响,总换热量及换热效率略有变化。     

民用间冷回热涡扇发动机高压压气机方案探索

间冷回热涡扇发动机为实现间冷和回热过程,其高压压气机布局与常规高压压气机布局有着较大差异。对间冷回热涡扇发动机高压压气机布局特点进行了分析,并在此基础上提出了1级轴流+1级离心的高压压气机布局方案。其数值模拟结果表明,该高压压气机设计点气动性能达到了指标要求,流场分布较为合理。同时,综合考虑气动、结构、工艺等因素,选择整体叶盘、整体大小叶片离心转子结构作为其初步结构方案。     

间冷回热循环发动机回热器套管结构优化

以减小回热器管束内流量分配不均匀度和套管质量为目的,利用Isight集成CFD建模和仿真流程,优化间冷回热循环发动机回热器套管结构尺寸,同时还分析了单个及多个套管结构对回热器流量均匀度的影响。结果表明,单套管长度为135 mm时,回热器内不均匀度最低,为0.274 22;两套管结构套管长度分别为75 mm和203 mm时,不均匀度最低;三套管结构套管长度分别为23 mm、121 mm和78 mm时,不均匀度最低。前端套管对回热器不均匀度的影响最大,回热器中套管数目越多其不均匀度越大。     

间冷回热循环发动机回热器结构设计与工艺研究

介绍了一种基于间冷回热航空发动机特点的回热器结构设计方案和工艺实现方法。根据回热器在间冷回热发动机中的使用环境和使用要求,结合U形管式回热器的结构特点及管式换热器的理论计算结果,设计了一种U形管回热器结构方案。同时,针对目前国内的工艺制造水平,简述了该方案加工制造中的关键工艺及解决措施,为U形管式回热器的加工制造提供了一个工艺参考。     

核心机派生间冷回热航空发动机热循环参数匹配研究

间冷回热航空发动机作为一种新概念动力技术,可满足未来民用航空发动机对成本控制、环境友好性等方面的要求.以成熟的核心机为基础,在常规热力循环基础上增加间冷过程和回热过程,匹配低压系统派生间冷回热涡扇发动机,进行热力循环参数选择与性能仿真分析.结果表明,派生的间冷回热航空发动机性能提升明显,与常规循环发动机相比,净推力增加...     

间冷回热循环发动机电子样机设计

在追踪和分析国外间冷回热技术在航空发动机领域应用的基础上,根据国内研究现状,对间冷器和回热器进行了模拟实验研究。初步拟定了间冷回热发动机总体结构方案,并将此结构方案建立为电子样机。总结了间冷回热发动机中各部件、系统,以及特有的间冷器管路系统和回热器管路系统的布局规律。通过样机建模,初步掌握了间冷回热发动机总体结构方案设计特点,探索了各部件、系统的布局,为间冷回热发动机的进一步研究积累了经验。     

间冷回热涡扇发动机回热器在喷管内的安装布局研究

通过引入多孔介质模型,建立了适用于复杂管束结构的CFD计算模型,并利用文献数据对其进行了校核。在此基础上,对安装回热器模块后的喷管流场进行数值仿真研究,得到燃气在喷管内的流动结构、压力损失及流量分配参数。基于Isight优化平台,在给定相同压力损失条件下,得到通过回热器最大总燃气流量下的安装方案,以及安装变量对优化目标函数的影响权重,可为回热器安装设计提供指导,并为进一步的全三维CFD研究提供理论支持。     

间冷回热循环舰船用燃气轮机WR-21的技术特点

介绍了WR-21燃气轮机的工作原理、技术优势和性能特点;以其间冷器和回热器为主,阐释了其结构特点。     

间冷回热循环发动机间冷器流动换热性能试验

试验获取了各个状态下间冷器试验件冷气、热气通道进出口气流的总温、总压等参数,进而获得间冷器的流动阻力特性和换热特性。评估了间冷器流动换热性能,并与理论计算结果进行对比分析。结果显示:热气通道流体压力损失系数理论计算值与试验值吻合良好;冷气通道压力损失系数随冷气雷诺数的增加逐渐降低,理论计算值低于试验值;随着冷气流量的增大,间冷器换热效率先降低,当间冷器冷气通道流量大于热气通道流量时,换热效率开始逐渐升高;换热效率理论设计值与试验值误差较小,换热效率随着热气冷气温比的增大先略有升高,随后基本保持不变。     

间冷回热循环发动机间冷器结构设计与工艺研究

为支持间冷回热循环发动机技术研究,根据Realizable k-ε湍流模型分析结果,设计了CC型交叉波纹板式间冷器。综合考虑气动、结构、传热、强度、工艺等因素,确定了间冷器的主要结构特征,拟定了结构设计方案。并与加工单位制定了详细可行的工艺流程,完成了间冷器加工。经试验验证,理论计算结果与试验结果吻合,CC型交叉波纹板式间冷器换热性能良好。可为航空发动机用间冷器设计加工提供参考。     

间冷回热循环航空发动机参数匹配研究

在常规大涵道比涡扇发动机热力循环基础上增加间冷过程和回热过程,发展了间冷回热循环航空发动机(IRA)的计算模型和相应的性能仿真程序.分析了采用间冷回热技术的分排大涵道比涡扇发动机的热力循环参数选择与匹配.结果表明:间冷度、回热度、外涵道间冷用气量、增压级和高压压气机压比分配、总增压比、涵道比等热力循环参数对IRA的性能有很大影响;合理应用间冷回热技术,并优化发动机热力循环参数匹配可以显著改善发动机的性能.      

间冷回热涡扇发动机回热器在喷管内的安装布局研究北大核心

通过引入多孔介质模型,建立了适用于复杂管束结构的CFD计算模型,并利用文献数据对其进行了校核。在此基础上,对安装回热器模块后的喷管流场进行数值仿真研究,得到燃气在喷管内的流动结构、压力损失及流量分配参数。基于Isight优化平台,在给定相同压力损失条件下,得到通过回热器最大总燃气流量下的安装方案,以及安装变量对优化目标函数的影响权重,可为回热器安装设计提供指导,并为进一步的全三维CFD研究提供理论支持。     

CLEAN计划研制间冷回热循环航空发动机

为了进一步提高航空发动机的热效率和降低航空发动机的NOx排放量,2000年,欧共体在欧洲第5框架下起动了为期4年、总投资1亿英镑的高效且环保的航空发动机(EEFAE)技术平台建设。在该平台的环保航空发动机部件验证(CLEAN)计划下,德国的MTU公司和法国的SNECMA公司等提出并研究了间冷回热循环航空发动机。 CLEAN计划下的间冷回热循环航空发动机,包括齿轮驱动的先进技术风扇、低压轴上的减速齿轮箱、中间的