航空发动机气动热力学领域的热点课题总结与讨论

中航工业沈阳发动机设计研究所
热点课题：变循环、组合发动机
组合循环发动机
TriJet = 涡喷发动机
（TE）
+火Baidu Nhomakorabea增强型引射
冲压发动机 （ERJ）
+
双模态冲压发动机 （DMRJ） 亚燃冲压发动机
=
GasTurb 10
+
超燃冲压发动机
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热点课题：变循环、组合发动机
组合循环发动机
设计状态下匹配SR-72前体内乘波进气道流动三维波系结构图
二维吻切对称面马赫数和压力等值图
匹配飞行器前体的高外压缩内乘波进气道设计研究
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热点课题：高超声速
高超声速动力装置能量管理技术
随着来流马赫数的增加， 空气来流滞止温度迅速增加， 高温来流蕴含了可观的能量。 另一方面，滞止温度过 高工质中难以加入能量。
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AVIC SHENYANG ENGINE DESIGN AND RESEARCH INSTITUTE
航空发动机气动热 力学领域的热点课 题总结与讨论
热点课题：
新概念发动机 变循环、组合发动机 高超声速 优化问题
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热点课题：新概念发动机
回热器：燃烧室进口气流与低压涡轮 出口气流热交换，增加燃烧室进口气流 的温度，进而减少燃油消耗量
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热点课题：新概念发动机
中冷回热航空发动机
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热点课题：变循环、组合发动机
自适应变循环发动机
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热点课题：变循环、组合发动机
自适应变循环发动机
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热点课题：变循环、组合发动机
自适应变循环发动机
美军预计，燃油效率将比F135发动 机的提高25％，飞机作战半径增加25 ％～30％，续航延长30％～40％。关键 技术包括：单独可变流量和压比的辅助 风扇；高温多转子机械系统；高剩余功 率、流量和压比可变的核心机；可在大 流量范围工作的高效涡轮；综合的热管 理技术；进/排气综合改进技术。
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热点课题：高超声速
高超声速飞行器进气道设计
SR-72飞行器前体 高外压缩內乘波进气道 一体化研究
匹配飞行器前体的高外压缩内乘波进气道设计研究
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热点课题：高超声速
高超声速飞行器进气道设计
A B
B1 A1 B2 A2 C2 C1
C
D
进气道匹配飞行器后的三维造型
热点课题：优化问题
进气道的设计及进-发匹配
进气道优化设计结果
综合考虑总压恢复系数、阻力系数和激波脱体临界来流马赫数，在从多目标遗 传算法得到的多组优化设计结果中选择超声速进气道激波系配置参数如下： 激波系理论最大总压恢复系数为： σs=0.847211 阻力系数为： CD=0.284533 激波脱体的临界来流马赫数为： Ma0=2.48239 各斜板角为： δ 1=6.01506°，δ 2=6.504047°，δ 3=7.114291°，δ 4=17.64281°
开式转子发动机
显著优点：推进效率高、循环效率较高、 耗油率低、高亚声速巡航、起飞性能好、 能提供反推力。
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热点课题：新概念发动机
开式转子发动机
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热点课题：新概念发动机
中冷回热航空发动机 中冷器：高压压气机进口气流与外涵 道气流热交换，降低了高压压气机的进 口温度，进而减少了高压压气机耗功。
采用的超高压比民用大涵道比发动机性 能计算模型为基于 Gasturb平台开发的零 维变比热部件级模型。
N
Performance parameter meeting the requirement Y Outputting results
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热点课题：优化问题
发动机总体设计的部件参数选优
各斜激波角为：
β1=23.94787°，β2=26.73147°，β3=30.23285°，β4=46.16107°
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齿轮驱动涡扇发动机
油耗降低12%；NOx比 2008年标准降低55%； 噪声降低50%；维修费用 降低40%。
优点：提高发动机效率， 显著降低噪声、减小油耗和 开飞机也要换挡的！ 废气排放。 目前，罗罗、普惠、GE 等公司都在全力开发这种新 型发动机。
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热点课题：新概念发动机
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热点课题：高超声速
高超声速飞行器气动外形
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热点课题：高超声速
高超声速飞行器进气道设计
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热点课题：高超声速
高超声速飞行器进气道设计
结果表明：在设计马赫数下，进气道性能表现优 异，流量系数高达 0.997，出口总压恢复 0.404。 且在来流马赫数2.5-4 内，进气道均能实现自起动， 具有较好的内流品质。
C. max
优 化 结 果 的 评 估
D.
i CD
i 1
5
p1H1 p2 H 2 p3 H 3 k 2 p0 Ma0 Hc 2
max 1 , 2 , 3 , 4 i CD ( 1 , 2 , 3 , 4 )
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设计方案
• 在设计马赫数下，激波系封口 • 根据最低非设计工作马赫数确 定进气道喉道面积
数，并且在低马赫数下，不出现脱体激波
• 采用五波系设计，即4斜1正
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热点课题：优化问题
进气道的设计及进-发匹配
遗传算法优化目标
总 压 恢 复 系 数
A. σ
阻 力 系 数
B. CD
总 目 标 函 数
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热点课题：高超声速
高超声速动力装置能量管理技术 TBCC
多循环耦合预冷发动机的工作 循环主要由互相耦合的空气开式循 环、换热介质闭式循环、氢燃料流 路三部分组成。
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热点课题：优化问题
发动机总体设计的部件参数选优
Setting component parameter Setting Cooling air Ambient conditions Mass Flow Input Rotating component efficiency Design point
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热点课题：变循环、组合发动机
组合循环发动机
组合循环发动机是将2种或2种以上的推进系 统组合到一起，来共同完成推进任务。目前，主 要有 RBCC （火箭冲压）、 TBCC （涡轮冲压） 和T/RBCC（涡轮/火箭基组合冲压）发动机3种 类型。 近年来又提出两种模式的涡轮 / 脉冲爆震组 合循环发动机。
Parameter Net (20%) Thrust/ kN
ATF GTF-11 44.26 42.79
SFC SFC kg/(daN*h) Change Rate
0.518 0.546 -5.41% 0
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热点课题：优化问题
进气道的设计及进-发匹配
基本设计思想
• 设计工况下，具有较高的流量系数和总压恢 复系数，同时具有较低的阻力系数 • 在非设计工况下，具有相对高的总压恢复系