飞机发动机短舱降载轻量化设计方法研究

为了进一步提升发动机短舱的传载效率,通过研究国内外飞机发动机短舱安装及载荷传递路径,同时借鉴、比对了成熟的国内外发动机短舱结构连接形式,以飞机的发动机短舱为研究对象,采用三维数字建模、有限元仿真等分析方法,建立了短舱传递和不传递发动机扭矩的两种结构形式,并对短舱参与传载比例进行了计算分析,最终通过试验验证了轻量化新结构形式的有效性,实现了基于柔性连接结构设计技术的发动机短舱降载轻量化目标,为进一步工业化、批产化提供技术支持。     

动力效应对民机起飞构型气动特性影响的数值研究

采用在点对点多块结构化网格系统上求解三维可压缩雷诺平均N-S（Navier-Stokes）方程的方法,研究了发动机动力效应对民机起飞构型气动特性的影响.首先,通过涡轮动力模拟器风洞试验模型及民机高升力构型标准模型,对研究方法进行了验证,计算和试验结果的良好吻合说明研究方法用于模拟发动机动力效应及预测民机高升力构型气动特性是可行的.其次,针对分别安装通气短舱和动力短舱的某翼吊涡扇发动机民机起飞构型,研究了发动机动力效应对其气动特性的影响规律.结果表明:在通气短舱基础上预测的起飞最大升力系数、失速迎角以及阻力和力矩,在考虑动力效应后会产生明显的不同.动力效应可使外形最大升力系数增大并延迟机翼失速,但同时也带来了低头力矩增大和升阻比降低的不利影响.建议在对机翼及其高升力装置设计结果的数值校核中使用考虑进排气的动力短舱代替目前常用的通气短舱,这能为设计改进提供更可靠的依据.      

低速风洞引射短舱动力模拟技术新进展

引射短舱可以模拟发动机短舱的喷流影响,并部分模拟进气影响,能用于研究发动机短舱与机翼及增升装置的气动干扰特性,且具有研制周期短、造价低等特点,是在风洞中开展飞机/发动机一体化设计研究的一种重要试验技术。本文介绍了气动中心低速所在引射短舱设计技术和试验技术方面的新进展。采用商业软件对引射短舱进行了三维流场数值模拟,获得了引射短舱性能和三维流场信息。对引射短舱内部流场进行了分析和研究,对引射喷嘴数量、位置进行了优化,增加了引射短舱的进气流量,改善了尾喷口流场均匀度,明显提高了引射短舱性能。发展了空气桥技术,采用有限元方法进行了优化设计,对空气桥和天平进行一体化设计,并进一步发展了空气桥影响修正技术,解决了供气管路对天平测力的影响问题。发展了高精度流量测量控制技术,采用了数字阀、流量控制单元、短舱内部测量耙等技术,提高了流量的控制测量精度及测量不确定度,流量控制精度达到了0.1%,流量测量不确定度达到了0.3%,引射短舱落压比控制精度优于0.01。研制了短舱移动支撑装置,能够实现引射短舱的独立支撑,并实现短舱前后和上下位置的变化,用于开展短舱位置优化研究。最后,介绍了引射短舱的地面性能测试及风洞试验应用,给出了性能测试与数值模拟的对比结果和典型的风洞试验结果,试验结果表明动力影响使得飞机0°迎角升力减小,升力线斜率增大,失速迎角推迟。     

跨声速自然层流短舱气动设计和风洞试验研究

层流控制技术是一个降低摩擦阻力的有效手段,为了设计出更经济、更环保的民用客机,需要开展层流技术的应用探索。随着飞机发动机技术的不断进步,涡扇发动机涵道比在不断增大,因此,短舱尺寸也在跟着加大,如果短舱上能够实现大面积的层流,就可以为全机带来较明显的经济性收益。本文总结了针对宽体客机开展的自然层流(NLF)短舱气动设计、数值计算和风洞试验验证工作。首先针对层流短舱外形进行气动设计,保证巡航点有一定的顺压梯度,随后采用带有γ-Reθ转捩模型的计算流体力学(CFD)工具对设计方案层流区域进行评估,最后开展风洞试验对设计方案和转捩预测工具进行校核验证。该试验在德国ETW跨声速风洞进行,对层流短舱高速气动性能进行校核,采用TSP进行转捩位置测量,结果表明层流区域长度占短舱外表面弦长的30%～55%。     

基于ISIGHT的某型飞机发动机短舱防火结构设计

以某型发动机短舱为研究对象,依据 CCAR-25-R4适航条款要求,对短舱结构进行了防火区域的界定为考核短舱防火结构的受力状况,建立短舱后段防火结构有限元模型,完成了5种工况下的有限元分析:综合计算结果,选取其中最严重受力工况,结合发动机的安装和维护需求,开展短舱后段防火结构优化分析:最后以短舱中典型的钛合金防火平板、焊接板2种结构为例,开展了结构防火试验。试验结果表明,防火结构有良好的防火性,满足飞机设计要求。通过以上的结构优化、材料性能试验等流程,最终形成了一套短舱防火结构设计方法,降低了结构重量,加快了设计流程。     

进排气对尾吊短舱布局飞机气动特性影响研究

在尾吊短舱式布局飞机设计中,发动机进排气对其他部件的气动影响是需要关注的重要问题,为了全面研究发动机进气与喷流对全机气动特性的影响,在某尾吊舱短舱布局飞机巡航条件下(H=11 000m、Ma=0.78)对流场开展了数值仿真研究,重点分析了短舱通气模型与带进排气模型的全机升阻力特性及流场分布情况。计算结果表明:采用近距尾吊短舱布局的飞机,发动机进排气对全机气动特性的影响主要体现在短舱与机翼的气动干扰方面,在所研究的迎角范围内(-2°～8°),发动机进气所带来的抽吸作用改变了机翼及短舱表面的压力分布,使得机翼上表面的负压区面积增大、短舱上唇口激波强度减弱,导致全机升力系数增加、阻力系数减小、升阻比提高,但这一气动特性的改善趋势随着迎角的增大而逐渐减缓。     

民用航空涡扇发动机短舱外部阻力试验方法研究

为了发展一种适用于大涵道比民用航空涡扇发动机短舱外部阻力的试验方法,对NACA-1系列轴对称短舱试验进行改进,并在2.4m跨声速风洞中完成了试验研究,获取了某型大涵道比民用航空涡扇发动机短舱在马赫数0.388～0.86的外部阻力,通过数值仿真与试验结果对比,验证了试验方案的可行性.结果表明,经过改进的试验方案的攻角适用...     

民用飞机短舱密封件防火试验技术研究

对于涡扇发动机,短舱的核心舱为指定火区。如果附件齿轮箱(AGB)布置在风扇舱,风扇舱是指定火区。短舱应满足防火的要求,以将火区和非火区完全隔离,防止火区的火焰或高温气体进入到其它区域,造成危害。短舱防火密封件是短舱防火墙的重要组成部分,在短舱和吊挂之间,以及短舱各部件之间的界面通常设计有密封件,部分密封件位于火区的边界,因此需要满足相应的防火设计要求,而防火试验验证是目前普遍采用的适航验证方法。从防火适航要求入手,分析了防火试验的要求,包括试验件要求、试验设备要求、试验环境要求,详细阐述了密封件的防火试验方法。最后以块状橡胶密封件防火试验为例,对试验结果进行了分析。对于进行短舱的防火墙试验具有指导意义。     

一种可变流量系数的通气短舱匹配方法

要获得与动力短舱流量系数（MFR）一致的通气短舱,可在飞机气动设计和风洞试验过程中使用通气短舱（TFN）代替动力短舱（PN）模拟发动机短舱效应和短舱进气,以简化设计流程和降低试验成本。在研究流量系数变化对短舱和进气道气动特性影响时,需要匹配多种不同流量系数的通气短舱方案,本文在保持短舱外罩和进气道外形不变的条件下,在短舱内增加锥形堵块,通过调整堵锥的位置可快速获得不同流量系数的通气短舱,相较传统设计通气内涵匹配流量系数的方式效率更高。应用所提出的思路设计的独立通气短舱风洞试验方案得到了验证,实测流量系数与设计值吻合良好,证明了方法的可行性。     

A320短舱/吊挂维修性设计缺陷分析

发动机短舱/吊挂的维修性设计直接影响地面维修人员对飞机的维修质量。通过对国内典型飞机发动机组合的短舱/吊挂区域维修性问题的研究,总结了A320飞机运营过程中在短舱/吊挂区域出现的问题及处理措施,为我国大型客机吊挂区域的维修性设计提供技术参考和建议。     

大涵道比发动机通流短舱阻力特性修正数值研究

为准确获取大涵道比发动机气动特性,根据民用飞机研制需求,对民用干线飞机的发动机短舱三维流场进行数值模拟,对比了通流短舱和真实发动机短舱流场特征,分析了通流短舱的气动特性和阻力修正方法。结果表明:大涵道比发动机通流短舱的流场特征、气动力和真实发动机较为接近,但是由于发动机内流通道气动力一般计入推力和无法完全模拟发动机进排气效应,有必要对通流短舱进行考虑内部阻力在内的气动特性修正;通过对大涵道比发动机推阻力划分理论进行分析,获得了与真实发动机一致的通流短舱气动力分解方法,并可以较好地应用到通流短舱内部阻力修正上;通过对通流短舱阻力修正(含内阻修正和溢流阻力修正),在巡航状态下修正后的通流短舱与发动机动力短舱阻力特性差异降低了约46%;在高速巡航状态,阻力修正后的通流短舱气动特性可以更好地反映真实发动机工作的影响,但依然有必要对发动机动力喷流影响开展进一步的分析工作。     

飞机发动机短舱泄压过程研究

短舱泄压系统是短舱内部高压引气管路发生破裂或泄漏后,保证短舱结构不被破坏,发动机仍能安全工作的重要保障,因此,短舱泄压过程的研究对保证飞机安全至关重要.本文主要介绍了影响短舱泄压门泄压过程的主要因素与研究内容,综述了国内外关于短舱泄压门泄压过程的试验与仿真研究,对短舱泄压过程的研究提供参考,并指出现有短舱泄压系统研究的...     

大涵道比涡扇发动机TPS短舱低速气动特性分析

为了评估民机低速带动力试验时进排气效应的影响,选取大涵道比发动机涡轮动力模拟器(TPS)短舱和真实发动机短舱作为研究对象,采用数值模拟方法对其起飞、进近状态的低速气动特性进行对比分析。结果表明:由于TPS流量低于真实发动机需求,其唇口、外罩流场特征和真实发动机短舱有所不同,阻力特性也有差别;在进气道处于亚临界状态时,TPS短舱阻力系数比真实短舱大了约1.7个阻力单位,又由于唇口当地气流攻角更大,使得TPS短舱失速攻角相对降低了约1.0°;当进气道工作于超临界状态时,TPS短舱虽然也可以反映真实短舱的流动特性,但由于捕获流管收缩情况和气流驻点随攻角的变化,使得在0°~20°攻角时TPS短舱的阻力系数高于真实短舱,而在20°~30°攻角时其阻力系数略低,差量最大约为1.8个阻力单位。对于研究的大涵道比发动机,未经唇口及外罩修正的TPS短舱其低速气动特性基本可以反映真实进排气效应的影响,但在气动特性分析中可以考虑进一步修正进气效应的影响。     

发动机短舱防冰性能计算方法研究综述

发动机短舱中可能出现的结冰现象对飞行安全有着严重的影响。总结了已有关于短舱防冰性能计算的文献资料,在明确短舱防冰性能计算的理论依据的基础上,分析了其与机翼防冰性能计算的异同及计算中可能遇到的问题及解决方法,并对国内发动机短舱防冰性能计算提出了合理化建议。     

共振吸声结构在航空发动机上的应用进展

共振吸声结构是由穿孔面板、蜂窝及刚性背板形成的三明治夹层结构,该结构广泛应用于发动机消声短舱内,取得了良好的降噪效果。随着声学理论及制造工艺的不断进步,共振吸声结构从最初的单自由度逐步发展为多自由度甚至内嵌多自由度阶段,吸声效果也取得了较大进步。详细阐述共振吸声结构的吸声原理,并在此基础上介绍国内外发动机消声短舱的发展历程。指出发动机消声短舱的两个发展趋势及在进行短舱声衬结构的精细化设计时要考虑的细节问题,例如背景剪切流动、入射声压级、制造误差等。     

尾吊布局民机短舱防火区热影响计算分析

本文给出了尾吊布局的民机发动机短舱与机身组合体的三维空气流动与传热的物理和数学模型．根据发动机短舱和机身的组合模型特点,应用非结构化网格和柱状附面层网格对计算区域进行划分,采用k-ε湍流模型和相应的对流换热、辐射换热模型模拟了短舱风扇罩表面着火后对附近机身的热影响．分析认为采用CFD分析可在防火区选型设计阶段起到辅助作...     

基于虚拟维修仿真技术的动力装置短舱开合角度分析

在航空发动机初步设计阶段,将面临发动机产品构型未定、无实物的情况下无法通过实物演示试验的方法给短舱设计活动提供输入的问题。文中采用虚拟维修仿真技术,借助Tecnomatixv12.0仿真软件,通过建立虚拟维修数字样机,模拟运营使用阶段发动机在翼维护和下发/换发2个维修场景下维修人员的维修操作,以确定航空发动机短舱开合的角度,为初步设计阶段的短舱结构设计提供输入。经分析,该型发动机处于在翼维护场景下,风扇罩的开合角度应不小于45°,反推装置的开合角度应不小于34°;该型发动机处于下发/换发场景 下,反推装置的开合角度应不小于45°。经与成熟机型的短舱设计对比,结果表明,虚拟维修仿真技术作为动力装置短舱开合角度设计的辅助手段取得了较好的工程效果,不仅能够解决初步阶段短舱设计输入问题,还可以大大缩短设计迭代周期。     

复合材料在发动机短舱中的应用

为了使未来的复合材料发动机短舱结构更坚固、更安静、更高效,许多大型发动机短舱制造商和维修企业都在不断挖掘创新思路,积极开发先进技术,使复合材料的短舱修理不再复杂。     

民用航空涡轮发动机短舱高速风洞试验

为了获取三种不同型面的民用航空涡轮发动机短舱气动特性,开展了高速风洞试验与数值仿真研究,获取了短舱的压力分布及内流特性,并对比分析了风洞试验数据与仿真结果。结果表明:随着流量系数减小及攻角增加,短舱上唇口外流出现分离;随着流量系数增大,短舱内流下侧出现分离;采用的CFD方法在无分离情况下静压分布与试验结果吻合,但随着流量系数的减小,CFD结果先于试验出现了气流分离。      

V2500发动机短舱全寿命周期健康管理体系研究

通过研究典型损伤机理、模拟损伤扩展速率、损伤抑制/减缓技术、基于数据模型的维修间隔确定方法以及开展短舱结构健康状态检查等方法,最终建立了V2500发动机短舱全寿命周期健康管理体系。