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发动机空气动力学

(2020-04-02 02:07:37) 百科综合
发动机空气动力学

发动机空气动力学

航空发动机技术包含诸多关键技术,而空气动力学是其中一项十分重要的内容,涉及核心机(压气机、燃烧室、涡轮)内部的气流流动,还需考虑内、外流耦合及涡轮叶片内部气流特性问题。

基本介绍

  • 中文名:发动机空气动力学
  • 外文名:Engine aerodynamics
  • 领域:航空航天
  • 地位:航空发动机技术十分重要内容之一
  • 内容:外流耦合等
  • 研究先进国家:美国等

简介

航空发动机技术包含诸多关键技术,而空气动力学是其中一项十分重要的内容,涉及核心机(压气机、燃烧室、涡轮)内部的气流流动,还需考虑内、外流耦合及涡轮叶片内部气流特性问题。

国外发展

美国

NASA格林研究中心在航空发动机空气动力学方面的研究,基本上都与NASA提出的各项航空推进研究计画紧密相关,如超高效发动机技术(UEET)计画、高效发动机与发动机部件改进计画、先进亚声速技术与通用航空计画等,具体体现在三个方面:
(1)压气机技术。近年来,其压气机研究主要在UEET计画的资助下展开,主要从主动和被动控制方面进行设计与验证,以增强稳定性,提高失速裕度。开发的性能预测程式複杂三维压气机叶型,能很好地设计和最佳化。如採用后掠叶片降低冲击损失,使用弓形静子降低端壁损失,採用特定叶片根部预防流动分离等。
(2)燃烧室技术。近年来,格林研究中心在提高现代燃烧室耐久性和稳定性的同时,继续开展降低氮氧化物排放的研究,开发了一种双环形燃烧室,并引入数字发动机控制概念,使氮氧化物降低了35%~40%;另外,通过引入双环预混涡流器和贫油直射式喷嘴,使氮氧化物降低50%~70%。燃烧室结构方面,开发了耐久性高温燃烧室火焰筒,为高能量密度的浆形燃料研製了陶瓷火焰筒(目前可承受1 589~1 755 K的高温)、分段式翅壁型火焰筒和匍匐式火焰筒。数值计算方面,在1998年开发了国家燃烧室计算程式(NCC)。当与叶轮机性能预测程式(APNASA)一起使用时,NCC可实现对整个发动机的性能预测。
发动机空气动力学发动机空气动力学
(3)涡轮技术。目前,格林研究中心正开展无冷却和有冷却的低压涡轮研究。主要包括涡轮叶尖间隙控制、利用吹吸气进行涡轮流动控制、涡轮工作状况监测研究、涡轮封严研究等。

俄罗斯

CIAM几乎涉及所有与航空发动机相关的研究领域,从基础物理过程到新型航空发动机的设计、研製、改造与鉴定,对发动机使用过程中的可靠性和故障提供技术支撑。主要科研活动包括:气动、燃料、传热、结构强度分析和发动机控制理论方面的基础研究;喷气发动机理论和先进发动机性能最佳化研究;发动机部件与组件和燃气发生器系统的套用研究;对发动机製造设计局正在进行的研究项目给予科学理论保障;为实验发动机及其系统和零部件进行试验;探索改进航空发动机,并解决环保问题;负责确定航空发动机预研型号及其研製项目,制定相应的技术条件等。
CIAM RTC主要进行以下工作:
①动力设施配套建设,确保提供模拟飞行条件;
②试验设备建设,使其能进行推力高达245 kN的航空发动机特种试验;
③航空发动机及其部件的强度研究。

法国

近年来,ONERA主要通过地面试验台和数值计算方法进行航空发动机压气机、涡轮的气动性能预测与计算,分析发动机部件上的气流流动情况,了解不同气动现象。研究的主要内容包括:数值最佳化计算、风扇研究、非定常流研究、气动不稳定性研究、航空热力学研究、航空声学研究、微型涡轮研究、轴流式机械研究及离心式机械研究等。

德国

德国在航空发动机方面的研究侧重于基础研究。如压气机、涡轮等叶片上气流的流动情况研究,燃烧室空气动力学场诊断技术研究等。总体看,DLR推进技术研究所主要从事叶轮机、燃烧室和发动机整机三方面研究。在叶轮机方面研究的主要目标,是验证桨扇技术、提高推重比和单位功率、改进空气动力学冷却理念、完善三维非定常计算方法等。在燃烧方面研究的重要目标,是研发和试验新概念燃烧室,在稳定无烟燃烧过程中降低氮氧化物生成。发动机整机的研究主要是考虑集成问题,如压气机、燃烧室和涡轮间的耦合匹配问题。此外,还进行发动机主动噪声控制与降低方法研究、尾气排放研究、点火安全性研究等。

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