涡扇发动机炮式启动条件的理论与试验研究

在涡扇发动机炮式启动数学模型中考虑了埋入式进气道特性以及飞行条件对启动条件的影响因素,对与埋入式进气道联合工作的某型涡扇发动机启动条件进行了理论和试验研究。研究了不同飞行马赫数和不同攻角对发动机启动可靠性的影响。通过理论计算结果与试验数据的对比表明,存在着对涡扇发动机炮式启动可靠性起决定性的条件———临界马赫数和临界攻角。提出的启动条件成功地解决了某涡扇发动机的可靠启动问题。     

超声速溢流条件下二元超声速进气道附加阻力计算

通过几何关系导出了单楔、双楔和三楔超声速进气道在零攻角及有攻角时的附加阻力系数计算公式,并进一步得出了N-1楔进气道的附加阻力系数计算通用公式.通过算例研究分析了飞行马赫数、飞行攻角及进气道总转角对附加阻力的影响.分析表明,进气道在超声速溢流条件下,附加阻力只同飞行马赫数、攻角及各楔面转角有关;附加阻力随飞行马赫数增加而减少,随攻角及进气道外压缩面总转角增大而增大;对于加速爬升用冲压发动机而言,设计时应注意减少附加阻力,并结合弹道、气动外形合理选择攻角.     

水膜形成对轴流风扇气动影响的数值研究

为了研究水膜对风扇气动特性的影响,综合水滴碰撞壁面的参数,应用水膜方程求得叶片表面水膜方均根厚度。在数值计算中引入砂砾粗糙度模型来模拟水膜引起的叶片表面粗糙度变化。针对不同吞雨量和水滴直径条件开展数值计算。计算结果表明:水膜主要分布在叶片压力面中的前缘和叶根区域,其厚度和沉积面积随着吞雨量的增加而增大,并且水膜的存在会导致风扇压比和温比的降低。例如,当水滴直径为1000μm、吞雨量为5%时,水滴沉积面积为0.0758m2,占叶片压力面总表面积的33.91%。      

亚轨道飞行器发动机故障下飞行程序设计方法

针对亚轨道飞行器单台发动机发生故障情况,提出了基于正指数攻角的发动机故障下飞行程序设计方法,给出了不同故障时刻的仿真结果,并与正常飞行情况进行了比较.仿真结果表明,对于不同故障时刻,该方法均能够在满足弯矩约束、攻角限制的情况下使得故障飞行器安全到达预定高度,为后续应急返回机动飞行提供有利的飞行条件.     

小涵道比涡扇发动机吞鸟能力仿真评估与验证

军用航空发动机的吞鸟能力须满足国军标和适航相关规定,可靠的发动机吞鸟能力评估方法是开展吞鸟试验的基础,可降低试验风险、提高试验成功率。以国内某涡扇发动机研制中的吞鸟能力仿真与验证项目为基础,提出基于仿真分析、动量类比法和接触应力类比法的发动机吞鸟能力评估方法。根据相关标准规范,确定试验要求,开展整机吞鸟试验验证,通过4 次整机吞鸟试验,验证了本文提出的发动机吞鸟能力评估方法的准确性,获得了发动机吞鸟能力底数。试验结果和评估方法可为其他涡扇发动机型号研制提供参考。     

轴流风扇自噪声强度特性的数值研究

利用流场/声场混合模型计算分析轴流风扇自噪声的强度特性。使用大涡模拟(LES)数值计算方法获取湍流流场信息,以此为输入,使用声类比方法噪声预测模型获得了不同来流条件下的自噪声频谱。0°攻角条件下,叶片噪声源主要位于叶片尾缘区域,并且叶背上的噪声强度大于叶盆;攻角增大和速度增大都会引起叶片自噪声强度的增大;攻角增大引起的噪声增大主要集中在低频区域。     

小展弦比飞翼标模雷诺数影响数值模拟研究

采用数值模拟方法开展小展弦比飞翼标模的雷诺数影响研究。使用自行研制的多块对接结构网格亚跨超声速流场解算器程序Mbflow,计算了试验雷诺数、二倍试验雷诺数和飞行雷诺数等三种雷诺数情况下小展弦比飞翼标模的流场。通过对计算结果的分析研究,得到了不同马赫数(Ma=0.2、0.8和1.5)和攻角情况下雷诺数对小展弦比飞翼标模的气动特性和流场特征的影响规律。小攻角情况下,雷诺数主要影响摩阻的大小;而大攻角时,雷诺数对压阻也有明显影响。在亚声速时,雷诺数主要影响分离涡的起始位置和强度;跨声速和超声速时,雷诺数还会影响到激波的位置和强度。进一步研究了小展弦比飞翼标模的自准区雷诺数问题,发现试验雷诺数接近于小展弦比飞翼标模的自准区雷诺数。     

小型航空涡喷发动机吞水试验装置研制

根据国内外航空发动机吞水试验装置发展情况,结合小型航空涡喷发动机结构特点,采用三维流场计算与试验相结合的方式,确定了喷水装置距离发动机进口截面的位置和在进气道径向上的安装尺寸。通过喷水装置的喷雾特性试验,获得了不同吹风流量和喷水流量条件下的喷雾特性;通过静态条件下的流量分布试验,获取了不同喷水流量下的水雾分布特性。整机吞水试验验证表明,所设计的吞水试验装置的功能和性能满足试验要求。     

机翼水平失速诱发发动机失速的飞行试验

利用飞行试验的方式,选取相同高度和马赫数条件,对某尾吊布局飞机进行机翼水平失速试验,考核几种发动机功率状态对进气畸变的响应。试验结果表明:除飞行慢车状态外,其他几种功率状态均捕捉到了发动机失速掉转现象,且捕获的发动机失速为典型的可恢复失速;尾吊布局的发动机,进气畸变水平随攻角的增大而增大;发动机随着功率状态的增加趋向于更易失稳的状态。另外,飞机姿态变化速率分析表明,飞机姿态剧变是发动机失速掉转的诱因之一。     

S弯进气道吞水过程仿真分析

针对配装S弯进气道的发动机在开展台架吞水试验方案设计中缺少输入条件的问题，模拟重建了F-35飞机的S弯进气 道模型，采用数值仿真手段获取了S弯进气道吞水后进气道出口水滴分布图谱。根据工作包线相近的某全尺寸进气道/发动机地 面联合试验结果对所采用的仿真方法进行了可靠性验证，仿真与试验获得的进气道总压恢复系数具有较好的一致性，证明仿真方 法可靠。开展了吞入喷射装置产生的液态水、吞入雨天空气中的液态水2种条件下的进气道吞水仿真，结果表明：S弯进气道吞水 后，在进气道出口形成的水滴分布不同于之前开展的发动机台架吞水试验中所采用的喷水方案，水滴粒子在进气道出口左上角区 域较为集中而不是正下方，在进气道入口前喷水产生的水滴分布图谱比真实雨天工作条件更为恶劣。建议在开展发动机台架吞 水试验前，通过数值仿真或试验测量获取配装进气道后发动机进口的真实水滴分布，以此为输入条件开展喷水方案设计，以便更 好地考核发动机吞水能力。     

基于可靠性准则的飞机结构强度验证方法研究

随着航空技术的发展和飞行任务的多样化,传统的结构强度验证方法已不能完全满足新形势下的验证要求。根据结构可靠性分析计算方法,建立基于可靠性准则的飞机结构强度验证方法的计算模型,并利用飞行试验数据,验证飞机平尾结构强度的可靠性满足国军标要求。     

前机身/进气道攻角特性的数值与试验研究

为研究前机身/进气道内外流场的攻角特性,对其一体化模型进行综合求解。将数值计算结果与试验数据进行对比以验证数值方法。分析了不同攻角下前机身对进气道入口气流的影响以及进气道内部流动情况,同时分析了攻角对进气道总压恢复系数和出口总压畸变指数的影响。结果表明:进气道位于机身下侧的布局能在大攻角下降低进气道入口的迎角和马赫数,有效提高飞行极限;在超声来流下,进气道在很宽泛的攻角范围内总压恢复系数都能达到0.94左右,在9°到18°攻角范围内具有较低水平的总压畸变,在此攻角范围之外,总压畸变对攻角的变化很敏感。     

军用涡扇发动机吞鸟适航符合性验证研究

针对我国军用涡扇发动机尚未形成吞鸟适航符合性验证要求及评价准则的问题,在分析国家军用标准与适航规章中有关涡扇发动机吞鸟验证要求异同的基础上,明确了适用于军用涡扇发动机吞鸟适航符合性验证的主要参数,并进一步阐明了吞鸟适航符合性验证的程序及评价准则。建议的吞鸟验证参数及试验程序以同时兼顾适航要求及国军标要求为前提,对我国军用涡扇发动机吞鸟适航符合性验证具有积极的指导意义。所确定的军用涡扇发动机吞鸟适航符合性验证评价准则,能够为吞鸟试验的符合性判定提供参考。     

组合发动机蒙皮壁温计算方法研究

为满足组合发动机总体热防护的需要,分别采用参考温度法和大气透过率计算软件MODTRAN4计算了组合发动机蒙皮所受的气动加热和环境热辐射。利用本文建立的稳态热平衡方程,迭代求解得到组合发动机蒙皮在典型飞行工况下的一维稳态温度分布。将本文计算的结果与美国航空航天局(NASA)的实验结果进行对比,误差不大于6%。对典型飞行工况下不同蒙皮壁面发射率、不同飞行攻角进行了系列研究。结果表明:随着发射率的提高,蒙皮壁温逐渐降低,随着攻角的增加,蒙皮壁温逐渐增高。在某标准工况下,发射率为1.0的蒙皮温度比发射率为0.1的蒙皮温度低98.01K,降幅为12.76%。攻角为45°的蒙皮温度比攻角为0°的蒙皮温度高95.45K,增幅为13.14%。     

高机动飞行下进气道/发动机相容性试验

为了评估飞行攻角和侧滑角快速变化对进气道出口畸变、发动机稳定性的影响,进行了某型飞机高机动下进气道/发动机相容性飞行试验,获得了快速飞行姿态改变时进气道与发动机相关参数的试验数据.通过对飞行数据的整理、计算和分析,研究了高机动状态下进气道出口的畸变特性、发动机稳定性以及进气道出口畸变和发动机稳定性的相关性.研究结果表明:高机动飞行状态下进气道出口流场品质变差,发动机稳定性变差.      

超声速进气道压力估算方法及验证

进气道载荷的预示和限制是超声速飞行器设计中的关键问题。以典型颌下进气超声速飞行器为研究对象,对其进气道流场进行数值仿真,研究不同马赫数、攻角、侧滑角及余气系数条件下的进气道压力特性;针 对进气道压力工程估算及设计需求,使用无量纲和解耦的方法,对进气道压力经验公式进行拟合;反算飞行试 验中的进气道压力,并与测量结果进行对比。结果表明:进气道压力随马赫数增大而增大,随余气系数增大而 减小;正常工作包线内,较小的攻角、侧滑角对进气道压力影响不明显;进气道压力经验公式计算值与飞行试验 测量值符合较好,具有较高的精度。     

攻角与马赫数对进气道起动影响的可比拟性

针对高速风洞变来流马赫数的能力有限,不易获得高超声速进气道起动马赫数界限的问题,本文尝试通过改变进气道模型攻角的方法来模拟来流马赫数的变化,分析定来流马赫数变攻角与定攻角变来流马赫数两种途径下二元进气道起动性能之间的关系,以助于风洞实验获得进气道的起动马赫数界限。结果表明,在Ma∞=5.9来流条件下,进气道不起动和自起动的临界攻角分别在12°~13°和0°~1°。定来流马赫数变攻角与定攻角变来流马赫数两种途径下,进气道不起动和自起动临界所对应的内收缩段入口马赫数基本一致。对于同一内收缩段入口马赫数,当变攻角跨度小于4°时,两种路径下进气道的内部流场与壁面压力分布规律符合较好;当变攻角跨度较大时,两者的差别也增大。对于二元高超声速进气道模型,当常规风洞的来流马赫数在进气道起动边界附近时,在一定的攻角范围内,可以尝试通过攻角机构连续改变模型安装攻角的办法来模拟变马赫数引起的进气道起动特性的演变过程。     

乘波体与二元高超声速进气道一体化设计研究

基于二元混压式高超声速进气道和密切锥乘波体,设计了一腹部并列进气的高超声速乘波前体/进气道一体化前体模型,并数值模拟研究了该模型在不同飞行马赫数和攻角下的气动特性。计算结果表明:设计的一体化前体模型很好地结合了二元高超声速进气道和乘波体流场结构特点,乘波前体结构可为进气道提供均匀的进口流场,且进气道性能基本保持不变;一体化前体模型在低于设计点马赫数和正攻角飞行状态下仍具有良好的飞行性能,但在负攻角飞行姿态时,随着攻角角度的增大一体化前体模型的升阻特性和进气特性均快速恶化。     

非对称动力机动飞行的载荷研究

通过对一架装有４台涡轮螺旋桨发动机飞机的算例分析,研究了多发动机飞机非对称动力机动飞行的载荷确定方法,指出了影响其飞行载荷的主要因素,给出了非对称动力模拟机动飞行的试飞方法。此外,发现国军标《军用飞机强度和刚度规范》有关条文规定中存在的错误,且提出了相应的修改意见。     

涡轴发动机吞鸟试验方法及试验验证

为分析鸟撞对涡轴发动机结构完整性和性能的影响,在国家军用标准规范对航空发动机吞鸟试验要求的基础上,结合 典型涡轴发动机的结构特征设计了吞鸟试验方案和试验流程,并对某型涡轴发动机开展了4次吞鸟试验。在试验过程中发动机 均在规定时间内恢复至吞鸟前功率状态且未停车或熄火。试验结果表明：大鸟容易卡滞在进气道入口;小鸟高速撞击对发动机性 能以及结构强度完整性的危害更大;在吞鸟过程中发动机各参数均大幅波动,持续时间约为4~6 s,波动过后功率恢复时间约为5~ 9 s;相比大鸟,小鸟高速撞击后发动机性能衰减更严重,约为8.5%,清洗后约为0.6%。所设计的典型涡轴发动机吞鸟试验方案和 试验流程合理、可行。