氢能源民用飞机技术路线与总体概念设计方法研究

本文以实现民用飞机净零碳排放为目标,寻找可以在未来投入大规模应用的新能源动力形式。从能量密度、功率密度、减碳以及能源经济性等维度开展对比评估,结合通勤飞机、窄体干线、宽体客机等典型座级航程的各级别民机产品的能源动力系统的质量对比,本研究认为“氢能源+涡轮机”将是未来新能源民用飞机最具可行性的能源动力组合。建立了适用于氢能飞机的总体设计流程,针对窄体干线氢能客机开展总体设计,采用阻力分解方法估算气动效率,多种分类质量计算方法估算空重,经过设计迭代形成可行的氢能飞机总体参数和初步概念方案。分析结果表明,对于窄体干线级别民机,采用“氢能源+涡轮机”的动力架构使该级别飞机起飞质量比传统燃油飞机增加不到10%。考虑到未来10～20年氢能动力系统和机载氢燃料存储技术可预见的突破,氢能飞机是实现航空运输净零碳排放的非常具有潜力的解决方案。     

氢频标蓝宝石微波腔温度补偿的实验研究

针对当前蓝宝石氢原子频标微波腔的频率温度系数比较高,提出采用一种新的负温度系数晶体—钛酸锶。通过软件仿真计算,对蓝宝石微波腔进行介质温度补偿设计及优化,并比较了钛酸锶与金红石的温度补偿能力。根据仿真设计进行实验,得到的实验结果证明了介质补偿的有效性。当钛酸锶晶体尺寸为Φ17×8 mm时,温度系数为由无补偿时的-66 kHz/℃降为-10.35 kHz/℃。     

氢频标蓝宝石微波腔金红石温度补偿的仿真设计

为了降低氢原子频标蓝宝石微波腔的频率温度系数,提出采用介质温度补偿技术。该技术利用负温度系数晶体——金红石补偿蓝宝石由于温度变化而引起的介电常数的变化,通过理论计算比较了补偿前后各参数的变化,最后通过软件仿真来验证理论计算的正确性,并确定补偿介质的引入不影响咂。模式。当补偿介质环高度为5mm时,微波腔的频率温度系数为-28．99kHz／℃,Q值为41648,与实验结果相近。     

金属材料表层氢的相对测定

金属材料表层氢的测定是一个难点。依据表层氢的释放特点,在RH600型氢测定仪上建立了表层氢的相对测定方法。该方法采用逐步提高电极炉加热功率的方式,测定并记录材料释放的表层氢,为生产中如材料的表层吸氢问题,提供直接数据依据。     

富氢/富氧燃气同轴气-气喷嘴燃烧性能仿真与分析

为研究全流量补燃循环发动机富氢/富氧燃气气-气喷嘴性能,以758 K的富氢燃气为燃料、676 K的富氧燃气为氧化剂,对采用同轴直流喷嘴、氧喷嘴扩张同轴喷嘴、氢喷嘴收缩同轴喷嘴、氧喷嘴中心具有实心圆柱同轴喷嘴、双同轴直流喷嘴的燃烧室的燃烧流场进行了数值模拟,并考察了流量对燃烧性能的影响.仿真结果表明双同轴直流喷嘴具有最好的燃烧性能.数值模拟结果对富氢/富氧燃气气-气喷注器设计有参考价值.      

气氢/气氧喷注器流量特性实验

针对热试实验所用的两种典型结构气氢/气氧喷注器,开展了不同反压下的流量特性实验.重点考察了燃料喷嘴对氧化剂喷嘴流量特性的影响和压降变化对喷嘴流量特性的影响.研究结果表明:反压从0.2～4 MPa的范围内变化时,双路同时工作时氧化剂喷嘴的流量系数要大于其自身单路工作时的流量系数;氧化剂喷嘴和燃料喷嘴的流量系数均随压降的增大而增大,并且增长趋势逐渐平缓.所得结论对气-气喷注器的设计和改进具有重要意义.      

置氢对TA15钛合金的变形及切削机理影响

为研究置氢处理对TA15钛合金变形及切削机理的影响,利用拉伸试验和车削测力试验对比不同置氢量下该合金的力学行为、切削力、锯齿切屑显微组织特征的差异.结果表明,高置氢量合金的屈强比减小,塑性提高,加工硬化严重;置氢促进了热软化效应的发生,氢含量越高,引起切削力下降的临界切削速度越低;同时从未置氢和低置氢组的锯齿切屑内能够...     

采用高金属粉丁羟推进剂消氢发动机低压点火燃烧特性研究

发展了一种采用新型高金属粉丁羟推进剂消氢发动机,该发动机可通过产生高温金属粒子流,消除以液氢为燃料的火箭发射前排出的低温氢气的危险。该发动机在小于0.2 MPa特低压下工作时,存在点火延迟、"喘振"不稳定燃烧和火焰无金属粒子流现象。分析了引起发动机点火延迟和"喘振"的原因;从理论上探讨了影响低压下发动机点火延迟的因素,得到换热系数影响最显著;通过引入高燃速引燃药和降低点火峰值压强,解决了发动机点火延迟和"喘振"的问题,发动机点火延迟时间由大于3 s降低到600 ms左右,发动机燃烧稳定;通过选用合适的金属粒子、推进剂配方燃温和长尾管结构,解决了金属粒子流发生问题,可稳定喷射出1141 K的高温金属粒子流,实现了消除火箭周围低温氢气的目的。     

双碳战略下的新能源航空发展展望

新能源飞机是实现未来零碳排放航空的必然选择,代表了先进飞行器技术的发展方向,已经在全球掀起了发展热潮。在我国双碳战略牵引的背景下,发展新能源航空具有极其重要的意义。本文分析了发展新能源航空的必要性,介绍国内外新能源航空发展趋势和研究现状,提出基于双碳战略目标的新能源航空发展规划和措施建议,为我国实现绿色低碳航空转型提供理论支撑。