航空发动机间冷器及回热器发展研究综述

近年来,航空器发展对航空发动机经济性和环保性的要求越来越高,间冷回热循环日益受到关注和重视,间冷器和回热器的研究已经成为发展间冷回热循环航空发动机的关键因素之一。本文简要介绍了间冷回热航空发动机的研究背景,回顾了国内外有关航空发动机间冷器与回热器的换热表面研究、热交换器优化工作、间冷器及回热器与航空发动机整机匹配研究和新型高温热交换器技术,提出了航空发动机间冷器及回热器相关有待深化研究的问题。     

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%。     

欧盟间冷回热循环燃气涡轮发动机发展综述

作为一种新概念动力技术,间冷回热循环燃气涡轮发动机可满足未来推进装置对成本控制、环境友好性和燃料高效利用等方面的要求。概述了间冷回热发动机的结构特点和性能优势,并详细介绍了欧盟根据第5和第6框架协议所开展的间冷回热涡扇发动机研发工作及取得的成果。结合航空发动机的特点,指出研制和发展新型间冷回热航空发动机的关键,在于结构紧凑、换热效率高、质量轻的间冷器和回热器的创新设计,间冷回热循环在航空领域的应用还将面临一系列挑战。     

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.      

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。     

民用涡扇发动机不同构型总体参数和性能分析研究

提高民用大涵道比涡扇发动机的经济性以及发动机市场竞争性是当前的研究热点。对双轴直驱(ATF)、齿轮传动(GTF)和间冷回热(IAR)三个构型进行循环参数对比分析,确定不同构型发动机的技术优势。结果表明:GTF构型方案与ATF方案相比的巡航非安装耗油率降低2.5%;IRA构型方案巡航非安装耗油率与ATF构型相比降低了11.97%,与GTF构型相比降低了9.7%;相比于ATF和GTF构型,IRA构型的高压压气机和高压涡轮级数均有所减少,有效缩短了核心机长度,也降低了高压压气机的设计难度。     

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。     

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。     

21世纪大飞机发动机的预研计划与关键技术

随着紧凑叶轮机、低排放燃烧室、先进降噪技术、新颖结构、先进材料和工艺、智能控制等常规涡扇发动机技术,以及齿轮驱动涡扇发动机、间冷回热航空发动机和多电发动机等先进循环发动机关键技术的不断发展和成熟,未来大飞机发动机的性能将越来越高,经济性将越来越好,环保特性将越来越得到改善,甚至会取得突破性进展。     

CC型原表面换热器通道内流动与换热特性的数值研究北大核心

交错波纹板(CC)型换热器具有结构紧凑、换热效率高等特点,可满足间冷回热循环涡扇发动机对间冷器的要求。数值研究了CC型原表面通道内三维流动及换热特性,探究了上下波纹板交错角(θ)及雷诺数(Re)对流动损失的影响,表明阻力系数f随θ的增大而增大。详细研究了θ为90°时波纹板通道流动损失及换热特性,表明努赛尔数(Nu)随Re的增大而增大。θ为90°时,f、Nu的数值计算结果与文献结果较为接近。     

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.     

分开排气大涵道比涡扇发动机高空模拟试验排气布局评估

为评估分开排气大涵道比涡扇发动机高空模拟试验的排气特性,采用数值仿真方法,对分开排气发动机高空模拟试验时配备的排气扩压器的结构进行分析。主要从发动机尾锥与排气扩压器入口距离、排气扩压器结构尺寸、舱内压力模拟偏差及次流四方面影响进行排气特性计算,并以发动机设计推力进行检验。结果表明:该发动机进行高空模拟试验时,排气扩压器直径应不小于3.5 m,排气扩压器直段长度不小于9.0 m,发动机尾锥与排气扩压器入口距离以0.85倍扩压器直段直径为宜;发动机飞行包线的巡航点和左边界点的推力偏差,均随模拟舱压偏差绝对值的增大而增大,但巡航点推力变化斜率较大。     

无人机用涡扇发动机高空模拟试验标准研究

针对无人机用涡扇发动机对高空模拟试验标准的需求,在现有涡扇发动机高空模拟试验标准的基础上,梳理分析了高空长航时无人机用涡扇发动机的使用特点,提出了高空长航时无人机用涡扇发动机高空模拟试验中应重点关注的特殊要求,为形成相应的高空模拟试验标准奠定了基础。     

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。     

大涵道比涡扇发动机高空台试验技术研究需求分析

分析了分开排气大涵道比涡扇发动机与小涵道比涡扇发动机,在结构、技术特点和对试验要求等方面的差异,并结合国内新建高空舱的设备特点和试验能力,提出了分开排气大涵道比涡扇发动机在该高空舱内试验前需开展的技术研究工作,明确了该大涵道比涡扇发动机开展首次高空台试验前应解决的技术问题。本研究对其他新型发动机高空台试验技术研究需求分析也具有重要的借鉴意义。     

高空长航时飞翼无人机用涡扇发动机关键技术

自无人机诞生并应用于实战以来,无人机技术得到了迅猛的发展。随着各领域高科技技术的进步,战场环境趋于复杂,作战任务向高危对抗战场拓展,高空长航时飞翼无人机成为各国研究的热点。本文论述了高空长航时飞翼无人机对涡扇发动机的要求,结合航空发动机基本原理分析了关键设计参数对涡扇发动机性能的影响,总结了高空长航时飞翼无人机用涡扇发动机面临的关键问题及研究进展,对于高空长航时飞翼无人机用涡扇发动机的选型及适应性改进设计具有重要的参考价值。