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。     

间冷回热循环航空发动机的发展和关键技术

过去间冷回热循环技术一般都使用在重型的燃气轮机上,如苏-27的发动机 AL31F 上就使用了一些简单的回热装置,但是与真正的问冷回热循环航空(IRA)发动机还有很大差距。欧洲几家航空发动机制造商正在合作研制新型 IRA 发动机,其发展历程和关键技术值得关注。     

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。     

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。     

WR-21舰船用燃气轮机的设计特点

WR-21燃气轮机是效率高、结构紧凑、可靠性高、维护性好的先进舰船用燃气轮机。介绍WR-21燃气轮机的工作原理和技术优势,总结其继承航空发动机技术与经验和创新采用间冷回热循环的设计特点,以为中国研究与研制舰船用燃气轮机提供参考与借鉴。     

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...     

MTU航空发动机公司为普惠齿轮传动涡扇发动机设计高速涡轮

据英国《飞行国际》2007年10月报道,以制造和修理军民用航空发动机为主要业务的德国MTU航空发动机公司将环境友好的航空发动机部件验证机(CLEAN)研究项目的技术应用到普惠公司的齿轮传动涡扇发动机(GTF)上,为其研发高速低压涡轮。     

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。     

间冷回热技术

<正>间冷回热循环发动机通过在传统涡扇发动机中增加间冷器和回热器,具有降低耗油率和污染物排放、增加比推力、提高高空巡航马赫数等优点,是未来低污染、低能耗的绿色发动机,是高空、高速巡航发动机的可选方案。中国航发四川燃气涡轮研究院于国内首次开展了大涵道比涡扇发动机用轻质、低损、高效的间冷器及回热器设计、加工工艺及性能试验研究,为间冷回热循环发动     

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%。     

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。     

环保的航空发动机VITAL计划

环保的航空发动机VITAL(EnVIronmenTALly Friendly AeroEngine)计划是欧洲共同体在第6框架下实施的新的技术研究计划。该计划总投资额为9050万欧元,由SNECMA公司领导,欧洲9个国家的53家合作伙伴参与。它的目标是通过开发和验证先进发动机部件技术,在2000年发动机技术水平的基础上,使噪声降低6dB,CO2的排放值降低7%。为了实现上述目标,VITAL计划将开发的技术纳入到以下3种发动机方案中进行验证:SNECMA公司负责的对转的涡扇发动机(CRTF)方案;RR公司负责的直接驱动的涡扇发动机(DDTF)方案;MTU公司负责的齿轮驱动的涡扇发动…     

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。     

欧盟大涵道比涡扇发动机技术研究计划

1引言随着航空发动机技术的飞速发展、市场竞争的日益激烈和环保要求的不断严格,大涵道比涡扇发动机向着费用更低、性能更高和环保更好的方向发展。为此,21世纪,欧盟国家更加重视大涵道比涡扇发动机的技术研究工作,联合实施了高效和环境友好的航空发动机(EEFAE)、大幅度降低飞机噪声对居民区的影响(SILENCE)、电力优化飞机(POA)、环境友好的航空发动机(VITAL)、新型航空发动机方案(NEWAC)等预研计划(如图1所示),开发和验证了更先进常规循环涡扇发动机技术,探索研究了先进循环涡扇发动机技术,以为未来大涵道比涡扇发动机的研制打下…     

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%.     

推进技术

罗-罗参加ＥＥＦＡＥ计划欧洲９国的１５家公司、２所大学和２家研究机构合作实施一项为期４年、价值１亿多欧元的高效环保航空发动机的技术研究（ＥＥＦＡＥ）计划。这是欧盟最大的一项航空发动机技术研究计划。该计划的主要目的是通过减少燃料燃烧来降低ＣＯ２。和ＮＯｘ的排放,以确保未来的航空发动机符合环保规定的要求。罗－罗公司除负责ＥＥＦＡＥ整个计划外,还就这种发动机的概念进行研究。其研究成果将用于以三轴发动机设计为基础的近期的低污染发动机研究。ＥＥＦＡＥ计划将采用欧盟国家和公司投资研究项目的成果以及其他新技术…     

未来航空发动机的发展展望

本文对国外关于航空发动机工程发展和技术发展计划的有关报道以及更下一步的一些设想和目标进行了归纳和分析。分析的对象主要为军、民用涡扇发动机。首先对现役涡扇发动机(第三代)和将于2000年前后投入使用的第四代航空发动机技术特点进行了概括,接着对以美国“IHPTET”计划为代表的下一代的发动机技术进行了简介,并对国外正在酝酿中的更下一代技术水平的航空发动机作了评述。 从国外航空发动机技术近年来取得的进展和制定的新技术发展计划的成功可看出,航空发动机的发展潜力巨大,前景广阔。新技术的出现将对军事和经济的发展产生深远的影响。 最后还对航空发动机技术向其他工程领域的转移,例如对工业,船用燃气轮机的发展,从而对能源、交能和环保已经和将要起到的巨大推动作用作了评述。