关于新版综合高性能涡轮发动机技术计划——兼谈航空发动机研制中“基础技术”和“验证机”的重要作用

1 两项研究计划使涡轮发动机的发展如虎添翼 由于飞机对发动机性能的要求愈来愈高,采用常规方法研制涡轮发动机已远远不能满足飞机的要求。1988年,美国制定了综合高性能涡轮发动机技术(IHPTET)计划,目前已在提高发动机性能、可靠性、耐久性和缩短发动机研制周期方面取得了明显的成效。20世纪末,为了继续保持空中优势,美国国防部在总结IHPTET计划经验的基础上又制定了它的延续计划——经济可承受的多用途先进涡轮发动机(VAATE)计划。     

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。     

大型民机发动机关键技术现状与发展趋势

航空发动机是当代尖端技术的标志,对飞机的性能、可靠性、环境特性和成本以至飞机的研制进度和成败有着决定性的影响,历史上飞机能力的每一次飞跃几乎都离不开发动机技术进步的贡献.当前燃气涡轮发动机经过70年的发展已经相当成熟,成为航空动力的主要形式.而与涡轮喷气发动机相比,涡轮风扇发动机因其特有的技术优势,自20世纪50年代以来,在民用航空发动机中一直占据着主流地位.未来,气动热力、结构强度、控制和诊断、新材料和新工艺等方面的技术进步将把航空涡轮发动机的能力推向一个新的高度,更经济、更安静和更清洁的动力装置将成为研究的方向.     

高马赫数涡轮基推进系统的发展及挑战

高马赫数推进系统不仅是高马赫数飞机必须突破的关键和难点,也是航空发动机未来发展的代表性技术方向之一,对 于涡轮发动机设计技术及相关制造技术的发展有着重要的牵引作用。总结了国外高马赫数飞机和推进系统的发展历程和发展趋 势,阐述了高马赫数飞机和推进系统的工作特点,分析了高马赫数涡轮基推进系统5个方面的技术挑战。据此提出应紧密结合高 马赫数飞机的需求,分布实施、快速验证,以多领域技术协同创新的方式发展高马赫数推进系统。尤其要关注高马赫数TBCC 推 进系统及其中的高马赫数涡轮基。     

燃气涡轮推进技术的未来发展

为了提高发动机热效率和推进效率 ,涡轮前温度和压气机压比逐年不断增长 ,涵道比不断提高 ,未来航空发动机的循环参数将进一步提高热效率和推进效率。部件技术在增压系统的设计方面 ,民用发动机总增比迅速提高。军用机的风扇压比不断提高。燃烧部件普遍采用短环型 ,但减轻重量已不是发展方向。对民机降低污染提出了更高要求。涡轮部件要求不断提高涡轮前温度 ,改进冷却方法 ,选用新型材料。喷管采用推力换向喷管。控制系统全权限电子数字式控制系统的投入使用给发动机设计带来了新的自由度。结构设计要充分利用材料 ,零件强度分析按其真实工作条件进行。试验技术要把计算和试验很好地结合起来 ,二者相辅相成。先进的发动机应按照系统工程的观点与飞机进行一体化设计并要求各学科综合。     

美国高超声速涡轮基组合循环发动机的进展及分析

旨在为未来空天动力技术研究和产品研制提供参考与借鉴。综述了美国高超声速涡轮基组合循环(TBCC)发动机的进展,重点对与涡轮发动机有关的预研计划进行详细描述,如国家空天飞机(NASP)计划、高速推进评估(Hi SPA)计划、猎鹰组合循环发动机试验(Fa CET)计划等。总结与归纳了TBCC发动机的研究发展的特点:TBCC发动机一直是高超声速飞行器研究的关键技术;目前涡轮发动机的首选是现有涡轮发动机改进,未来可能选择正在预研的高速涡轮发动机或自适应发动机;冲压发动机和模态转换技术已经取得明显进展,但还需长期深入验证。     

普惠之鹰翱翔蓝天——本刊总编辑刘柱对话普惠公司商用发动机销售、市场与客户支持高级副总裁瑞克·德尤鲁先生

普惠公司在航空发动机、辅助与地面动力装置、小型涡轮飞机推进系统和工业燃气轮机的设计、制造和服务方面世界领先.2012年,普惠营业额达到140亿美元,其中利润达到16亿美元.普惠骄人业绩的取得与其具有变革性齿轮涡扇TM技术的静洁动力系列发动机得到广大客户的认可有着密切的关系.近日,普惠公司商用发动机销售、市场与客户支持高级副总裁瑞克·德尤鲁先生来到中国,就普惠静洁动力齿轮传动式涡扇发动机系列的进展情况、普惠公司的未来市场战略等接受了业内媒体的采访.     

航空发动机的先进涡轮技术(上)

90年代,推重比10一级加力式涡扇发动机研制成功,推重比15～20的发动机预研计划使航空工业进入一个崭新的发展阶段.推重比10一级发动机的涡轮进口温度已达到1580℃～1680℃.美国国防部开展的“综合高性能涡轮发动机技术”(IHPTET)计划和     

民航机推进系统与技术的发展(一)

上世纪20年代,英国研制了两大系列气冷式活塞发动机,即:美洲虎发动机和木星发动机。与此同时,美国普·惠飞机公司也研制出R—1340瓦斯普气冷式发动机。在1930～1950年的20年里,活塞式发动机的功率增加了5倍,这不仅是发动机部件改进的结果,也是子系统(变距螺旋桨和增压器)创新和燃油发展的结果     

基于典型飞行任务的CCA技术优势分析

基于典型飞行任务,在F-119发动机方案的循环参数基础上,对采用冷却冷却空气（CCA）技术的航空发动机性能开展研究,分析CCA技术对发动机总体性能及涡轮叶片温度的影响规律,评估采用CCA技术的涡扇发动机对其所装配飞机的飞行性能的影响。结果表明：针对仅预冷高压涡轮动叶冷却气方案,当保持冷却空气流量不变时,采用CCA技术可将涡轮冷气温度降低16.98%~41.21%,使得高压涡轮动叶表面最高温度降低8.89%~16.80%;当保持叶片表面最高温度不变时,采用CCA技术可减少高压涡轮动叶48.61%的冷却用气,且发动机的推力和耗油率等总体性能基本不变;针对同时预冷高压涡轮导叶和动叶冷却气方案,通过调整循环参数,在保持冷却空气流量和叶片温度不变的前提下,可使涡轮前最高温度提高6.91%,从而提高典型飞行状态下的航发推进性能,进而有效提升所配装飞机的起飞载质量、最大爬升率、最大马赫数、使用升限及航程等飞行性能。     

大型军用航空发动机的先进涡轮技术

介绍了西方发达国家战斗机发动机的涡轮技术发展现状和技术进展;重点描述了国外在军用涡扇发动机涡轮部件研究领域取得的一些突破性进展和正在研究的新技术;简述了新式飞行器和燃烧技术的进步对涡轮提出的新要求。     

国外先进航空发动机技术带给我们的启示

由于发动机在航空技术发展过程中的重要性,可以说人类在航空领域每一次重大的历史性进展,都与其动力装置的突破和进步密切相关,而人们对飞机的需求和发展又促进航空发动机向更高水平迈进。在航空技术发展早期,由于缺乏合适的动力,飞机的发明比以蒸汽机为标志的工业革命晚了近140年,直到19世纪末、20世纪初活塞发动机     

飞机尾焰辐射的抑制技术

飞机的各种涡轮发动机具有高的功率质量比，对由它引起的尾焰红外辐射进行抑制是飞机红外隐身的关键之一。本文首先分析了飞机的气体涡轮发动机，然后细致研究了飞机尾焰的红外辐射和抑制技术。     

使用高温粘方法修理和替换内衬密封条

在大多数商用飞机使用高效率的涡轮风扇喷气发动机时代到来的同时,飞机维修人员也面临着新的挑战,即如何修理和替换发动机上的耐磨损内衬密封条,也称风扇轨道。装在涡轮喷气飞机上涡扇发动机,一般其装在前部的风扇由它位于初级涡轮后面的二级涡轮驱动,它的作用是增加发动机中心的气流,以减少燃油消耗并提供更大的推力。为了得到涡轮风扇发动机提供的高空气通过率,必须迫使尽量多的空气通过风扇,因此需要使风扇顶端到风扇罩内核之间的间隙尽可能地小。如果风扇叶片和发动机内罩都是金属结构,由温度升高或离心力引起的任何叶片长度膨胀都可能…     

脉冲爆震发动机技术的最新进展

脉冲爆震发动机技术不仅可简化推进系统结构和降低其成本,而且还能降低燃气涡轮发动机的耗油率。GE、普惠和罗-罗公司都在研究这项技术,并取得了较大进展。这项技术可用在军用发动机的加力燃烧室、军民用发动机的核心机和导弹上     

水平起降Ma4高速飞机用涡轮冲压组合发动机研制关键技术难点解析及对策研究

水平起降Ma4高速飞机是目前研究的热点,涡轮冲压组合发动机是其可行动力形式之一,但历经50多年发展,Ma3.5以上涡轮冲压组合动力目前仍然停留在地面试验阶段,为了探明限制涡轮冲压组合发动机从技术研究转入工程研制的关键因素,本文设计了一个配装两台涡轮-亚燃冲压组合发动机、最高飞行速度为Ma4左右的水平起降高速飞机模型,设定了飞行任务剖面,计算出了整个飞行过程中飞机对发动机的推力需求,并对比现有航空发动机技术能力,分析出了阻碍涡轮冲压组合发动机向工程应用迈进的三大核心要素:飞机高空高速爬升阶段发动机存在一个巨大的"推力缺口",现有发动机推重比不够高导致飞机有效载荷和航程受到极大限制,发动机长时间高Ma数飞行导致可靠性和寿命低。据此针对性提出了技术研究措施建议。     

ICAO最新民机排放目标对我国低污染燃烧室发展的影响

国际民航组织（ICAO）在2007年组织各方资深专家召开了一场对未来商用发动机污染排放目标的研讨会，确定了未来10年和20年的商用发动机降低NOX排放的目标值。而我国大飞机发动机自主研制出来的时间预计也是这一时间，这次研讨会所提出的新目标对我国大飞机发动机的低污染燃烧室发展带来了深远影响。     

高超声速推进技术的新进展

随着超燃冲压发动机技术的逐步发展成熟,国外高超声速推进技术的研究重点已转向涡轮基组合循环推进技术上,高马赫数（马赫数4以上）涡轮发动机正在成为国外高超声速推进领域新的研究热点,弥补了涡轮发动机马赫数2～2．5上限和亚燃冲压／超燃冲压发动机马赫数3．5～6下限之间的空白。     

商用飞机发动机先进降噪技术

随着环保要求的不断提高,商用飞机的噪声污染越来越受到人们的关注。对国外大涵道比涡扇发动机在降低噪声方面取得的进展和采用的关键技术进行研究,将有助于我国大涵道比涡扇发动的研制。     

陶瓷基复合材料浮动壁燃烧室应用进展及结构方案探讨

为了提高飞机性能,半个世纪以来航空燃气涡轮发动机及其燃烧室技术取得了巨大的进步和发展,目前服役中的军用飞机发动机推重比已由初期的2提高到10,未来发动机推重比可望提高到20.本文就是在分析了国外几种有代表性发动机的基础上,参考了有关文献,对高推重比发动机主燃烧室研制过程中存在的问题和可能解决的技术途径之一,即采用陶瓷基复合材料C/SiC作为未来高性能浮动壁燃烧室陶瓷瓦片的可行性进行了方案分析研究.