核心机系列发展方法在5kg/s流量级核心机上的应用研究

在研究国内外核心机系列发展研究成果的基础上,以中国燃气涡轮研究院研制的5 k N推力涡扇发动机的5 kg/s流量级核心机为平台,开展了核心机派生发展10 k N推力中等涵道比涡扇发动机的应用研究。通过对派生发动机方案实施效果的分析,验证了核心机派生发展发动机技术途径的可行性。归纳了系列发展在核心机设计时应考虑的主要因素,以及发展大推力跨度和不同用途发动机时核心机所需的改进设计。     

核心机派生涡扇发动机部件及整机匹配

以核心机与低压系统的部件及整机气动热力匹配关系为理论依据,在全面考虑低压压缩系统与核心机压气机的匹配约束关系、核心机涡轮工作状态相应变化以及派生发动机内外涵整机匹配的多因素下,建立了核心机派生涡扇发动机部件及整机气动热力循环匹配算法模型.应用该模型,进行了核心机派生涡扇发动机循环参数及性能趋势分析,计算结果表明高低压和整机匹配约束直接影响核心机派生涡扇发动机循环参数和整机性能,为核心机派生系列化涡扇发动机工程实践应用中所涉及的部件/整机参数匹配及性能预估提供分析和设计参考.      

F119核心机研制技术途径及发展趋势

航空发动机领域,国外从四代机研制开始,普遍采用提前开展技术验证机研究的发展思路,使型号发动机中应用的新技术能得到充分的前期技术验证。美国典型的四代机发动机F119,在预研阶段,以充分的核心机技术验证为基础;进入型号阶段后,核心机上采用同期开展的各项技术验证计划中经验证的成熟技术;设计定型后,以核心机为验证平台,派生发展途径从系列化已逐渐跨越到多用途层面。国外四代机发动机的核心机的技术发展战略,对我国发动机的研制具有很好的指导、借鉴作用。     

核心机及其派生发动机发展的方法研究

核心机及其派生发动机发展的方法研究表明,可通过增大空气流量和增大核心机循环功来实现发动机推力增大,但这需要在发动机设计中事先考虑工作转速、流通能力和叶轮机功率等的储备。在核心机基础上进行发动机系列化发展,原则上可采用保持高压压气机设计换算转速不变、或保持最高燃气温度不变的技术措施,但在实际应用中上述两种方法都采用。因此,在核心机及基本发动机研制中．既要有燃气温度和转速的储备,又要有高压压气机性能的储备。由于使用要求不同,在核心机基础上研制大涵道比涡扇发动机和小涵道比加力涡扇发动机的技术途径是不同的。     

核心机及其派生发动机发展的方法

核心机及其派生发动机发展的方法研究表明,可以通过增大空气流量和增大核心机的循环功来实现发动机推力增大,但需要在发动机设计中事先考虑工作转速、流通能力和叶轮机功率等储备。在核心机基础上进行发动机系列化发展,原则上可以采用保持高压压气机设计换算转速不变,或者保持最高燃气温度不变的技术措施,实际应用中上述两种方法都采用。因此,在核心机及基本发动机研制中,既要有燃气温度和转速的储备,又要有高压压气机性能的储备。但是,在核心机基础上研制大涵道比涡扇发动机和小涵道比加力涡扇发动机的技术途径是不同的。      

先进通用核心机派生发展的理念、方法及实践

概述了核心机派生发展发动机的历史背景和某些典型派生发展案例。阐明了先进通用核心机及其派生发展的理念及优势,给出了先进通用核心机派生发展的基本方法,包括通用核心机流量选择、热力循环参数选择、部件构型选择、部件高效稳定工作范围确定等。此外,从市场定位、先进性确定、核心机方案设计等方面介绍了某先进通用核心机的研发历程,并阐述了由其派生发展的飞机用涡轴、涡桨、涡扇航空发动机以及车用燃气轮机产品的研制。通过实践表明了先进通用核心机派生发展的可能性及由此带来的降低风险、缩短周期、节约经费等方面的优势。     

本期导读 核心机系列发展

<正>核心机系列发展,是指在保持一台成熟的核心机基本几何参数不变的条件下,匹配不同的风扇、低压涡轮、加力燃烧室等低压部件及相关系统,以较低的风险研制出不同用途、覆盖一定推力(功率)范围的一系列发动机。核心机系列发展是发动机系列化发展的最主要途径,能较好解决发动机与飞机研制进度协调的问题,减少发动机研制和翻修     

大涵道比宽体客机发动机方案设计及系列化发展研究

基于宽体客机航空发动机系列化发展进行了总体性能方案设计,并分别基于保持整机不变和保持核心机不变的原则,对推力系列化发展方案进行了分析。结果表明,对于减推力使用发动机而言,可以直接采用降低高低压轴转速的方式;对于推力增长发动机而言,需重新匹配低压系统以得到更优化的方案。     

大涵道比宽体客机发动机方案设计及系列化发展研究

基于宽体客机航空发动机系列化发展进行了总体性能方案设计,并分别基于保持整机不变和保持核心机不变的原则,对推力系列化发展方案进行了分析。结果表明,对于减推力使用发动机而言,可以直接采用降低高低压轴转速的方式;对于推力增长发动机而言,需重新匹配低压系统以得到更优化的方案。     

核心机技术在发动机研制中的作用和地位

在核心机及基本发动机基础上进行不同推力或功率和用途的系列发动机发展,在国外已经得到了普遍推广,在发动机全寿命期内其发展的技术途径具有巨大的优越性.因此,进行核心机及其发动机派生发展的方法研究是十分必要的     

民用航空发动机核心机技术发展研究

民用发动机的发展历史显示,在先进核心机基础上发展系列发动机是民用发动机发展最突出的一个技术特点。本文分析和总结了在核心机基础上进行系列发动机发展的主要技术方法和特点,阐述了现代高性能发动机的技术特点和关键技术。根据民机发动机发展规律和我国国情,提出了我国民用发动机发展的几点建议。     

涡轴(涡桨)/涡扇(涡喷)发动机通用核心机技术

通用核心机技术不仅可增加所发展发动机的通用零件数,缩短研制周期,还可使所发展的各类发动机性能均较先进.不同流量的通用核心机可相应发展不同功率/推力范围的各类发动机,通用核心机的设计需考虑强度与气动性能的折衷,其部件应有宽广的高效与稳定工作范围,且通用前提下也允许核心机后续发展时有小的变动.文中最后讨论了某中小型通用核心机方案设计中涡轮级数和压气机形式的选择问题.      

对军用航空发动机可靠性参数体系选择和指标确定的探讨

在对国外军用航空发动机可靠性参数体系和指标的统计及应用原则进行探讨、分析的基础上，对国内某系列发动机的使用情况和故障进行了统计分折，借鉴国外对军用航空发动机可靠性定量要求的经验，综合国情提出了我国军用航空发动机可靠性参数体系和指标的建议。     

以已有核心机为基础进行发动机系列发展的初步研究

在已有的核心机基础上可发展出一系列发动机。部件匹配的约束条件将限制设计循环参数的选择。为了进行定量分析,建立了一个性能仿真模型。以发展大涵道比涡扇发动机为例,说明了约束条件对设计循环参数的限制。初步分析给出了循环参数和总体性能间的关系。      

长征五号运载火箭助推动力系统

长征五号是我国新一代大型运载火箭（代号CZ-5）,芯级捆绑四个助推器,每个助推器配置两台并联的液氧煤油高压补燃发动机。本文对国内外运载火箭的故障模式进行分析,结合CZ-5火箭首飞实际情况,提出了助推动力系统风险规避应采取的措施。针对CZ-5火箭助推级和芯一级发动机起动点火的特点,分析了CZ-5火箭首次发射中的异型发动机点火匹配特性。简述了YF-100系列液氧煤油发动机的研制历程、技术特征和热环境适应性,重点分析了发动机在可重复使用和大范围推力调节方面的潜力。对比了国内外液氧煤油补燃循环发动机的推重比性能,分析了不同发动机推重比对火箭运载能力的影响,总结了提高发动机性能的措施（如采用泵后摆技术、选用高强度轻质化材料等）。提出了新一代液氧煤油发动机必须在满足高可靠性的前提下,追求高性能、高推重比、降低成本和增强适应性的后续改进方向。     

大型飞机发动机的发展现状和关键技术分析

对军民用大涵道比涡扇发动机的现状和发展趋势等进行了阐述,从国家大型飞机工程的战略目标、大型飞机发动机的重要性和市场前景等方面,对我国大涵道比涡扇发动机的需求、现状和差距进行了初步分析,简要介绍了我国大涵道比涡扇发动机的总体方案,提出了发展我国大涵道比涡扇发动机的主要关键技术,并分别从大涵道比涡扇发动机、国际合作、材料工艺试验条件建设等方面,简要论述了关键技术解决途径与措施建议.      

开式转子发动机研究进展

开式转子发动机以高推进效率、低燃油消耗率和低污染物排放的"一高两低"优势,成为经济友好型航空发动机的典型代表,是下一代民用飞机潜在的动力备选方案之一。本文主要从开式转子发动机总体性能仿真技术、对转桨扇设计技术、传动附件设计技术、部件及整机试验技术等四个方面,分析开式转子发动机研发历史及相关技术研究进展。结合国内开式转子发动机研究现状,梳理出开式转子发动机的发展脉络,归纳出开展开式转子发动机研究所涉及的关键技术,并对未来的研究重点和发展路线进行展望,以期为开式转子发动机相关技术的后续研究提供技术支持。     

“昆仑”发动机的衍生发展

介绍了中国首次按国军标GJB241—1987《航空涡轮喷气和涡轮风扇发动机通用规范》的要求,自行设计研制成功的“昆仑”加力式双转子涡喷发动机的衍生发展。解决了与现役涡喷系列发动机安装互换性的技术难题,发展出“昆仑”A／B／H系列发动机,可满足多型飞机的动力需求;采用先进技术,增大空气流量、提高部件效率、减少压力损失,发展了推力增大型“昆仑Ⅱ”发动机;沿着“航机改燃机”捷径,改进燃气发生器,全新研制双级动力涡轮,发展了QD-128工业燃气轮机,已用于油田发电。     

基于核心机的GTF发动机方案研究

齿轮传动风扇(GTF)发动机具有部件效率高、噪声低、级数少和质量轻的特点,是未来大型民用发动机的主要发展方向之一。为加快后续发动机的发展,在现有核心机的基础上,通过发动机典型气动循环参数的匹配分析,完成GTF发动机总体性能设计方案。分析了涵道比、风扇外涵压比、低压压气机压比、传动比等参数对GTF发动机性能的影响,初步确定参数选取范围。通过对比相同涵道比的GTF发动机与常规结构发动机,其推力和耗油率等性能指标基本接近,但GTF发动机具有低压部件级数显著减少的优点;总结了GTF发动机特有的关键技术。     

涡轮基组合动力技术发展分析

在高超声速推进系统中,涡轮基组合动力装置凭借宽广的飞行范围和良好的比冲性能,成为临近空间飞行器的主要候选动力装置。历经几十年发展,其在关键技术方面取得了诸多突破,目前正向着工程研制方向迈进。通过对国外TBCC动力技术的发展路径、技术特点、研制经验进行系统分析,认为TBCC动力技术研究主要围绕高速涡轮发动机、冲压发动机以及组合循环发动机的技术验证开展。用于TBCC动力的涡轮发动机首选是现有发动机的改进,未来可能在继承涡轮发动机先进技术的基础上,针对高马赫数任务场景等特点进行适应性设计,发展高速涡轮发动机;冲压发动机技术进展显著,但还需向大尺寸方向发展;模态转换技术虽然取得一定突破,但还需深入验证。基于未来临近空间飞行器的需求,立足于现有技术基础和可预见的技术方向,分析提出了TBCC动力技术发展建议：提前开展关键技术预研、基于现有资源发展演示验证平台及进行基于技术发展需求的飞发协同设计。