航空涡轴发动机发展趋势

基于国际上典型航空涡轴发动机的发展历程,概括了航空涡轴发动机产业发展趋势,其所呈现的系列化、军民两用化和国际合作化特点十分鲜明,国家层面实施的发展计划对航空涡轴发动机的发展起到了重要引领作用。基于统计分析,展望了航空涡轴发动机结构布局和性能发展趋势。研究表明:在结构布局方面,航空涡轴发动机朝着结构紧凑化方向发展,压气机和涡轮级数呈现不断减少的趋势。1 500 kW级以下的航空涡轴发动机将更普遍地采用单级/双级离心压气机和单级涡轮,1 500 kW以上的航空涡轴发动机将更普遍地采用轴流+离心组合压气机和双级涡轮,同心轴前输出功率型式成为主流功率输出型式。在性能方面,未来先进航空涡轴发动机的压比将达到30,涡轮前温度将达到1 900 K,油耗将低至0.20 kg/(kW·h),单位功率将达到400 kW/(kg/s),功质比将达到14 kW/kg。      

基于涡轴发动机性能与尺寸重量的耦合评估方法

为了研究下一代先进涡轴发动机的技术参数发展和新材料新技术的引入对涡轴发动机的影响,结合部件法的涡轴发动机总体性能评估模型以及尺寸重量评估模型,提出了一种综合考虑涡轴发动机总体性能、总体结构、部件的气动/结构/强度/材料等的耦合评估方法。该方法能够对不同结构形式的涡轴发动机进行评估,获得涡轴发动机总体性能参数、整机的流路尺寸与重量以及部件的气动/结构/强度/尺寸/重量等详细参数。使用该方法对美国的第五代先进涡轴发动机GE3000进行评估,研究了GE3000的总体性能、部件的气动/结构/强度/流路尺寸以及整机流路尺寸与重量。与公布的GE3000数据对比表明,总体性能误差小于1.0%,发动机的整机重量误差2.0%,整机流路尺寸误差小于1.0%,表明这种评估方法切实可行,计算精度较高。     

涡轴发动机技术参数与发展趋势评估

为了给先进涡轴发动机总体性能设计和尺寸与重量计算提供技术参数选择依据,本文收集10台一至四代国外典型的涡轴发动机技术参数,建立总体性能计算和尺寸与重量联合计算的涡轴发动机技术参数评估模型并开发计算程序,利用计算程序对收集的技术参数进行评估,获得涡轴发动机技术参数的水平和发展趋势,并预测下一代先进涡轴发动机的技术参数;以技术参数发展趋势为基础,研究各部件主要的气动、结构、强度、材料参数变化对涡轴发动机性能的影响。获得的涡轴发动机技术参数发展规律及其对发动机性能参数的影响,为先进涡轴发动机总体设计提供了依据。     

涡轴发动机性能退化数学建模研究

分析了航空发动机各部件性能退化原理;分别建立了压气机、燃烧室、涡轮性能退化的部件模型;根据航空自由涡轮式涡轴发动机的工作和使用特点,建立了性能退化的涡轴发动机数学模型;利用该模型,仿真研究了不同部件性能退化对涡轴发动机性能参数的影响。结果表明,建立的模型正确反映了部件退化对涡轴发动机的影响。     

内燃波转子影响涡轴发动机性能研究

内燃波转子涡轴发动机是一种集波转子增压技术、等容燃烧技术和涡轴发动机技术为一体的新概念发动机。介绍了内燃波转子的结构和工作原理,建立内燃波转子涡轴发动机热力循环分析数学模型,开展内燃波转子通道出口气流马赫数变化对涡轴发动机性能的影响研究,探讨内燃波转子涡轴发动机热力循环状态参数变化规律,验证了内燃波转子技术能够显著提高涡轴发动机性能,内燃波转子涡轴发动机比功率和热循环效率最大提高了35.79%,耗油率SFC最大减少了26.37%。     

前功率输出式涡轴发动机涡轮结构布局改进

本文介绍了国外前功率输出式涡轴发动机的主要涡轮结构布局形式,针对国内研制的前功率输出式涡轴发动机功重比低、效率低、油耗大、可靠性不高的现状,提出了在涡轮结构设计中的改进思路,并对影响结构设计改进的关键技术进行了分析。     

基于难度系数平衡的涡轴发动机总体设计方法

为了实现第5代涡轴发动机从概念至初步设计阶段的总体方案设计,发展一种兼顾涡轴发动机总体性能与尺寸质量的总体设计方法。统计并评估国内外典型型号涡轴发动机的技术参数,建立涉及总体性能、总体结构、部件的气动/结构/强度/材料等数据库;在概念设计阶段,应用难度系数选取涡轴发动机的技术参数,开发涡轴发动机总体性能和尺寸质量设计的计算模型及程序。基于设计准则完成涡轴发动机总体性能以及各转子部件气动、结构、强度、尺寸及质量等总体方案设计。结果表明:所提出的总体设计方法能够快速有效的实现涡轴发动机的总体方案设计,并以此方法设计完成轴动功率为1500kW的第5代涡轮发动机,耗油率为0.248kg/(kW·h),功质比为10.26kW/kg。      

涡轴与涡浆发动机特征部件重量估算

侧重介绍一种估算涡轴和涡浆发动机特殊部件重量的方法,从初步设计的现点出发,综合考虑了发动机的气动性能参数,机械设计参数和发动机结构参数,如应力水平,流道气流参数、材料特性、几何形状、级载荷及轮毂比等,通过热力重量,尺寸、求得部件的重量,从而获得整台发动机的重量。     

基于直升机飞行性能需求的涡轴发动机设计参数选取方法研究

以直升机性能计算方法为基础,辅以考虑尺寸效应及设计能力的涡轴发动机设计方法,建立了以直升机旋翼桨盘载荷及最大起飞功重比为特征参数的直升机/涡轴发动机性能约束分析模型、任务分析模型及基于直升机飞行性能需求的涡轴发动机设计参数选取模型。针对涡轴发动机部件/系统设计能力及直升机飞行性能需求,首先开展了给定涡轴发动机循环参数下的流量匹配计算,然后开展了涡轴发动机循环参数选取研究。研究表明,所建立的直升机/涡轴发动机性能约束分析模型、任务分析模型可实现给定飞行任务的直升机/涡轴发动机性能耦合设计;在给定涡轴发动机循环参数条件,由于尺寸效应,涡轴发动机部件效率受进口流量的影响,其设计点功率并不随流量等比例变化,从而使得直升机起飞总重呈现非等比例变化;在涡轴发动机循环参数选择时,在满足直升机飞行性能需求下,存在涡轴发动机耗油率与单位功率之间权衡下的循环参数选取,使得直升机起飞总重最小。     

涡轴发动机起动控制规律研究及故障分析

针对某型涡轴发动机热起动过程中频发的喘振故障,通过涡轴发动机起动控制过程分析和起动供油规律研究,分析影响发动机起动性能的各种因素,特别是喘振形成机理,得出故障原因,并提出了改进建议。其经验对其他类型的发动机亦具有参考价值。     

一起航空发动机功率轴转动偏紧故障分析

某涡轴航空发动机在台架试车合格后的冷态检查中,发现盘转功率轴偏紧的异常现象。通过深入检查、试验验证、问题复现和机理分析,找准了故障原因,采取了有效措施,确保了该型涡轴发动机的制造质量。     

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。     

涡轴-涡扇变循环发动机方案及性能匹配设计研究

针对旋转机翼式垂直起降高速巡航飞行器,提出了一种新概念结构形式的涡轴-涡扇变循环（TSFVCE）发动机,能够分别在涡轴和涡扇两种模态工作。首先对涡轴-涡扇变循环发动机的结构及工作模式进行了介绍,并建立基于变比热的部件级性能仿真模型;然后通过循环分析,确定发动机第二涵道比为3,Flade外涵风扇压比为1.98,第一涵道比为0.11,完成发动机设计点性能方案设计;最后分析了核心机驱动风扇（CDFS）可调机构对发动机性能影响机理,得出CDFS放气阀对发动机涡扇模态下的推力与涡轴模态下的功率影响较大,对涡扇模态的推力影响最大为61.5%,对涡轴模态的功率影响最大为33.3%,可利用此特性实现发动机在涡扇和涡轴模态下推力和功率输出的匹配。     

《航空发动机》1999年第1～4期总目次

序号题目作者期(页)7) 12) 16) 1) 8) 11)16) 结构与设计涡喷发动机加力内冷系统排故CFM56一7航空发动机维护性设计特点分析WZSA型发动机改装发烟机的试验与研究航空发动机总体方案设计分析系统的数据库设计涡喷与涡扇发动机重量估算方法王乃绪李卫东潘宁民李光郭淑芬赵洪利王洪卓段海波杨晓光黄庆南夏道儒陈军马枚勺曰八d41台楔型稳定器的应用分析并行工程环境下基于STEP标准的航空发动机产品信息建模涡轮动叶锯齿冠的预扭设计六O月了申秀丽4(1)马枚宋慧敏静炜田赵支持并行工程的航空发动机工作叶片建模系统涡轴与涡桨发动机特殊部件…     

基于变旋翼转速的涡轴发动机优化控制

研究了涡轴发动机/旋翼一体化优化控制问题, 分析了直升机旋翼需用功率与涡轴发动机工况的关系, 旋翼转速、旋翼总距、纵向周期变距及横向周期变距对旋翼需用功率的影响.以最小旋翼需用功率为目标函数, 用线性规划算法进行发动机/旋翼性能寻优.进行了巡航状态下变旋翼转速的涡轴发动机优化的数字仿真实验, 仿真结果表明在巡航状态应用变旋翼转速的涡轴发动机优化, 可以降低油耗1.5%～5.5%, 同时降低涡轮温度4.4～16℃, 具有实际应用价值.      

用于工程开发的集成化支持系统(CISSEN)

用于工程开发的集成化支持系统(Computer Integrated SupportSystem for ENgineering development)CISSEN 是由航空发动机公司组织开发,并由航空航天部631、606和608研究所共同研制的集成化支持环境CISSEN 是由数据库系统、几何设计系统,通用有限元程序、通用算法库、软件工程环境、数据通信与网络系统组成,通过软件构架(Framework)把它们综合起来共同为五程应用软件的开发服务。在 CISSEN 支持下,实现了航空发动机行业 CADESEN(Computer AidedDesign Integrated System for aero-ENgine)的总体设计分系统的集成。该分系统采用不同的应用模块进行涡喷涡扇与涡浆涡轴两种不同类型发动机的总体性能设计。其中涡喷涡扇部分有十个五程应用模块,涡浆涡轴含六个工程模块。本文将结合航空发动机行业的特点扼要介绍 CISSEN 系统的研制背景、设计思想、系统构成、软件层次与实现方法。     

功率提取法在涡喷发动机起动特性模拟及控制规律设计中的应用

针对涡喷发动机起动控制规律的特点,将涡轮发动机加、减速控制规律设计的功率提取法模型,应用于航空涡喷发动机起动控制规律的设计.结合低转速部件特性预测方法和改进的功率提取法,给出了涡喷发动机起动控制规律设计的约束条件和设计步骤.该模型可以用于起动带转过程中起动机带转功率的预测,以及全包线范围内、全气候条件下的涡喷发动机起动控制规律的快速、准确设计.计算结果表明,根据功率提取法模型设计的起动控制规律与实际的发动机起动控制规律吻合较好,该方法具有较好的工程应用价值.      

浅谈航空发动机小零件的选材问题

根据航空发动机小零件的工作特点,说明了合理选择航空发动机小零件材料的重要性,提出了在航空发动机小零件设计选材中必须遵循的原则以及选材过程中应注意的问题。     

军用涡轴发动机发展研究

回顾了军用涡轴发动机的发展历程,介绍了几种典型军用涡轴发动机的性能特点及各国现役军用涡轴发动机的装备情况;分析并提出了军用涡轴发动机的关键技术,并通过研究国外典型涡轴发动机技术研究计划和新用的先进技术,预测了军用涡轴发动机的有关技术趋势。     

小高空台高空模拟试验调试

根据航空涡桨和涡轴发动机通用规范的要求，涡轴发动机在研制过程中必须进行高空模拟试验。为此，中国燃气涡轮研究院自行设计和建成了国内首座涡轴发动机高空模拟试车台（简称小高空台）。在小高空台设备性能调试结束之后，又成功地完成了涡轴发动机高空模拟调试。涡轴发动机高空模拟试验调试不仅是对涡轴发动机高空模拟试验方法的探索，而且也是水力测功器在低温负压下的验收调试。小高空台的建成将为我国自行研制涡轴发动机提供一个必需的高空模拟试验平台。