军用航空发动机特征分析
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航空发动机的性能特性分析及优化设计第一章引言随着航空业的快速发展,航空发动机的性能特性分析及优化设计愈加重要。
本章将介绍航空发动机的背景以及论文的研究目的和意义。
第二章航空发动机的性能特性分析2.1 发动机性能参数航空发动机的性能参数是衡量其性能的关键指标,包括推力、涡轮转速、流量等。
本节将详细介绍这些参数的意义及其计算方法。
2.2 发动机实际工作过程航空发动机在实际工作过程中会受到多种因素的影响,如气压、温度、海拔等。
本节将分析这些因素对发动机性能的影响,并探讨如何优化设计以适应不同的工作环境。
2.3 发动机效率发动机效率是衡量其能源利用效率的重要指标。
本节将介绍发动机效率的计算方法,并探讨如何通过优化设计提高发动机的效率。
第三章航空发动机的优化设计3.1 发动机参数优化方法航空发动机的参数优化是改进其性能的关键步骤。
本节将介绍常见的发动机参数优化方法,如遗传算法、粒子群算法等,并比较它们的优缺点。
3.2 发动机零部件的材料选择发动机的零部件材料选择对其性能具有重要影响。
本节将介绍不同材料的特性及其在航空发动机中的应用,探讨如何选择合适的材料以实现优化设计。
3.3 发动机气动优化发动机的气动特性对其性能具有重要影响。
本节将介绍发动机气动优化的方法,如涡轮叶片的形状设计、进气道的优化等,并讨论如何通过气动优化提高发动机的性能。
第四章实例分析为了验证所提出的优化设计方法的可行性,本章将以某型号航空发动机为例进行实例分析。
通过对该发动机进行性能特性分析,并根据所提出的优化设计方法进行优化,以验证其有效性和可行性。
第五章结论本研究通过对航空发动机的性能特性分析及优化设计方法的探讨,为提高航空发动机的性能和效率提供了理论基础和实践指导。
然而,航空发动机的性能优化仍然是一个复杂而艰巨的任务,还有很多待探索和改进的地方。
参考文献请根据需要添加合适的参考文献。
航空发动机性能分析与优化一、引言航空发动机是航空器动力系统的核心部件,其性能的优劣对于飞机的飞行性能、经济性、安全性具有重要影响。
因此,航空发动机性能的分析与优化是航空工程领域的重要研究方向之一。
二、航空发动机性能指标航空发动机性能涉及多个指标,其中最基本的三个指标是推力、燃油消耗率和热效率。
具体定义如下:1. 推力:航空发动机产生的推力是其最基本的性能指标。
推力的大小直接影响了飞机的最大速度和爬升率。
2. 燃油消耗率:燃油消耗率是指飞机在一定时间内所消耗的燃油量与航程之比。
燃油消耗率的大小直接影响了飞机的经济性和航程。
3. 热效率:热效率是指发动机将化学能转化为机械能的效率。
热效率的大小直接影响了发动机的燃油消耗率和排放量。
此外,还有一些其他的指标,如噪声、可靠性等,也是航空发动机性能的重要考虑因素。
三、航空发动机性能分析方法航空发动机性能分析方法主要有试验方法和数值模拟方法两种。
1. 试验方法:试验方法是指通过实验测试航空发动机的性能指标。
常用的试验方法包括静态试验、动态试验、飞行试验等。
试验方法不仅可以得到准确的性能数据,而且可以检测发动机在实际使用中的问题。
2. 数值模拟方法:数值模拟方法是指通过计算机模拟航空发动机的流场、燃烧、传热等过程,以预测航空发动机的性能指标。
常用的数值模拟方法包括CFD模拟、燃烧模拟、传热模拟等。
数值模拟方法可以在航空发动机设计的早期阶段对不同方案进行性能评估,从而降低开发成本和时间。
四、航空发动机性能优化航空发动机性能优化的目的是提高航空发动机的性能指标,主要的优化方法包括:1. 设计优化:在发动机设计的早期阶段,通过数值模拟和试验等方法对不同方案进行评估,选取最优的设计方案。
2. 材料优化:选用高强度、高温耐受性的材料,以提高发动机的工作温度和寿命。
3. 涡轮增压器优化:通过对涡轮增压器的设计和控制方式优化,提高发动机的推力、燃油消耗率和热效率。
4. 燃烧优化:通过优化燃料喷射、燃烧室结构等方式,提高发动机的燃油消耗率和热效率,同时减少排放。
航空发动机的性能分析与优化一、背景介绍随着经济全球化和国际贸易的发展,航空运输业已经成为全球战略地位的重要行业。
而航空发动机作为飞机的核心部件之一,其性能的优化和提升也成为了当前航空工业领域的研究热点。
二、性能分析1.燃油消耗率航空发动机的燃油消耗率是衡量其性能的一个重要指标。
通过调整进气量、喷油量以及燃烧效率等参数,可以有效地降低航空发动机的燃油消耗率,从而提高其性能。
2.推力推力是指航空发动机在运行过程中所产生的推力大小。
推力越强,可以使飞机的起飞和爬升速度更快,使空中飞行更加稳定和安全。
3.噪音和污染在进行航空发动机的性能分析时,噪音和污染也需要被考虑在内。
通过提高颗粒物的过滤效率和降低噪音的排放,可以在保证航空发动机高性能的情况下保障环境的生态安全。
三、优化方法1.采用先进的涡扇技术涡扇发动机是一种航空发动机,在其设计和制造过程中采用了现代的工程技术和材料,可以使其具有更高的推力和燃油经济性。
2.利用先进的控制系统在控制系统方面,航空发动机采用先进的计算机控制技术和传感器技术,可以更加精确地控制发动机的运行参数,从而实现优化飞行和节约燃油的目标。
3.最大化运用材料科学的成果材料科学的成果可以被广泛应用在航空发动机部件的设计和制造过程中,从而实现发动机重量减轻、耐久性增加、效率提升等目标。
采用先进的材料科学成果可以使航空发动机的性能得到最大化的优化。
四、结论航空发动机是现代航空运输业的核心组成部分,其性能的优化和提升是保证航空安全和促进经济发展的重要保障。
通过不断地研究和创新,采用先进的材料科学、涡扇技术和控制系统,在优化航空发动机性能的同时更好地实现了环保和节能的目标。
我国军用飞机发动机参数我国军用飞机发动机是我国自主研发的重要装备,具有关键的作用。
军用飞机发动机的参数是其性能评价的重要指标,也决定了飞机的飞行性能和战斗力。
本文将详细介绍我国军用飞机发动机的参数,并分析其在军事装备中的重要性。
首先,我国军用飞机发动机的参数包括推力、燃料效率、可靠性、维护性等多个方面。
推力是飞机发动机的一个重要参数,它直接影响了飞机的飞行性能。
燃料效率是指单位推力下的燃料消耗量,是评价发动机经济性的重要指标。
可靠性是指发动机在规定的时间内能够正常运行的能力,关系到飞机的飞行安全性。
维护性则是指发动机的维护和维修难易程度,对降低维护成本和提高飞机的可用性有着重要作用。
其次,我国军用飞机发动机的性能参数在国际上也是处于领先水平。
我国军用飞机发动机的推力、燃料效率、可靠性和维护性都达到了国际先进水平。
其中,我国的现役主战飞机使用的发动机,推力已经达到了世界一流水平,燃料效率也相对较高。
此外,我国军用飞机发动机在可靠性和维护性上也取得了显著进步,大大提高了军用飞机的作战效能。
最后,我国军用飞机发动机的参数对于提高我国的军事实力具有至关重要的作用。
随着国际军事竞争的日益激烈,拥有性能优越的军用飞机发动机是我国军事现代化建设的关键。
我国军用飞机发动机的性能参数优越,不仅可以提高我国军用飞机的作战性能,还可以增强我国在航空领域的话语权和影响力,提升我国在世界舞台上的地位和声誉。
总而言之,我国军用飞机发动机的参数对于我国军事装备具有重要的意义。
我国在军用飞机发动机领域取得的成就,不仅提高了我国军用飞机的作战能力,还彰显了我国在军事技术领域的雄厚实力。
我们应该继续加强研发和创新,不断提升我国军用飞机发动机的性能,为国防现代化事业作出更大的贡献。
航空发动机的原理与性能分析一、航空发动机简介航空发动机是现代民用和军用飞机的核心动力装置,它的性能直接关系到飞机的飞行效率和安全性。
基本的航空发动机结构由压气机、燃烧室、涡轮和喷气管等组成。
航空发动机性能分析的核心是确定其推力、燃油效率和维护成本等指标。
下面将分别从发动机工作原理和性能特点两个方面对航空发动机进行分析。
二、航空发动机工作原理航空发动机的工作原理是将喷口高速喷出的空气与燃料混合后,点火燃烧,产生高温的燃气,通过涡轮马达驱动压气机进一步压缩空气,形成高速、高温喷出的喷气流,推动飞机前进。
具体来说,航空发动机的工作流程可以分为以下几个阶段:1.压气机阶段:将空气由压气机压缩多次,增加其密度,提高进入燃烧室的空气温度和压力。
2.燃烧室阶段:在燃烧室内喷入燃油,燃烧后的高温高压燃气膨胀推动喷气流发生器转动,并在转轮上输出动力。
3.涡轮阶段:利用涡轮将燃气高速喷出,进一步驱动压气机,形成闭合的运转过程。
4.喷气流阶段:燃烧后的高速、高温燃气通过喷气管,在喷管一端形成高速、高温的喷气流,从而推动飞机进行飞行。
以上流程是航空发动机原理的基本过程,通过不断的循环完成对飞机的驱动推进。
三、航空发动机性能特点在了解了航空发动机工作原理的基础上,下面进一步来分析其性能特点。
1.推力:指发动机输出的推力大小,即使得飞机向前推进的力量。
影响因素包括发动机旋转速度、进气口面积、涡轮尺寸等。
在飞机设计和选型期间,需要根据飞行任务和飞机结构分析,选择推力最适合的发动机。
2.燃油效率:指发动机单位时间内消耗的燃油量所提供的推力比例。
高效的航空发动机可以使飞机的续航时间更长,减少航空燃料消耗,降低空气污染。
3.维护成本:因为航空发动机是复杂的机械装置,一旦发生故障的修理维护成本将十分高昂。
航空发动机的可靠性、寿命和维护成本是工程设计的重要内容之一。
4.噪音和振动:航空发动机的噪音和振动对于飞机驾驶员和乘客的健康和安全也有很较大的影响。
我国军用飞机发动机参数全文共四篇示例,供读者参考第一篇示例:我国军用飞机发动机一直以来都是我国军事实力的重要组成部分。
随着我国军用飞机的研制和发展不断加快,我国军用飞机发动机的性能也在不断提高,不仅在军事上发挥着重要的作用,同时也在我国民用飞机领域担当着重要角色。
我国军用飞机发动机的技术水平和性能在国际上也具有一定的竞争力,取得了一系列重要成果。
我国的军用飞机发动机不仅具备良好的可靠性和稳定性,同时还具有较高的推力和燃油效率,能够满足不同种类的军事任务需求。
作为我国军用飞机发动机的重要组成部分,发动机参数对飞机整体性能具有至关重要的影响。
下面将详细介绍我国军用飞机发动机的一些关键参数。
首先是推力。
推力是衡量发动机性能的重要指标之一,也是决定飞机的起飞、爬升和巡航性能的关键参数。
我国军用飞机发动机的推力通常以千牛或万牛为单位,不同种类的军用飞机发动机推力范围广泛,从几千牛到数十万牛不等,能够满足各种军用飞机的性能需求。
其次是燃油效率。
燃油效率是衡量发动机经济性和环保性的重要指标,也是决定飞机航程和续航能力的关键参数。
我国军用飞机发动机在燃油效率方面取得了重要进展,采用了先进的燃烧技术和材料,不仅能够有效降低燃油消耗,同时还能减少对环境的污染。
再者是可靠性和稳定性。
可靠性和稳定性是决定发动机寿命和运行安全的重要因素,也是考察发动机质量和性能的重要指标。
我国军用飞机发动机在可靠性和稳定性方面经过多次实战验证,具有较高的运行稳定性和寿命,能够适应各种恶劣环境和复杂任务要求。
另外是维护性和可靠性。
维护性和可靠性是评价发动机维护和维修难易程度的重要因素,也是直接影响飞机可用性和战斗力的关键指标。
我国军用飞机发动机设计时考虑到维护性和可靠性问题,采用模块化设计和先进维修技术,能够快速更换部件,减少维修时间和成本,保障飞机的正常运行。
最后是环保性。
环保性是评价发动机对环境影响的重要指标,也是现代军用飞机发动机研制的重要考虑因素。
航空发动机的性能特性研究随着世界经济的全球化和航空业的发展,航空发动机作为航空运输的核心装备,其性能特性研究越来越受到关注。
本文将从发动机原理、发动机设计、性能评估和改进等方面分析航空发动机的性能特性研究。
发动机原理航空发动机是将燃料与氧气混合并在燃烧室中爆燃,使得高温高压气体流经涡轮机组驱动飞机推进的动力装备。
其原理主要由燃气涡轮循环、涡轮机压气机、燃烧室三部分构成。
燃气涡轮循环中,空气经过压气机压缩,再加入燃油进行燃烧,高温高压气体流入涡轮机推动压气机,发动机的输出功率由燃气涡轮循环的效率所决定。
涡轮机压气机是发动机转子部件之一,主要是依靠涡轮启动驱动的离心式压气机,将压缩后的空气直接送入燃烧室。
燃烧室则是内部是进行燃烧的部分,其内部不仅要考虑燃料的燃烧,还要考虑燃气的循环和废气的排放,因此在设计中考虑了多方面的因素,如注入的燃料量、燃烧室壁面降温、污染减少以及燃料灵活性等。
发动机设计航空发动机设计的关键问题是综合考虑其功率输出、重量和燃料效率。
发动机的结构以及材质都会影响其重量和性能。
目前的设计中主要使用Ni基高温合金和钛合金来制造发动机的叶片和涡轮盘等部件。
这些材料不仅可以承受高温高压气体的冲击,而且能够满足一定的强度和韧性要求。
由于航空发动机的设计是一个非常复杂的系统工程,要求设计师在保证发动机系统的安全和可靠性的前提下,尽可能地提高其性能。
发动机的维修保养、工作寿命和可靠性也成为评估发动机性能特性的重要指标。
性能评估对于航空发动机来说,评估其性能特性一般有以下几个方面:燃料效率、推力、速度和噪声等指标。
燃料效率是航空发动机性能评估中的一个重要因素,它直接决定了飞机的航程和运输成本等问题。
推力是发动机输出能力的指标,在每个燃烧室的设计和结构中都需要考虑推力和推进器的协调。
飞机的速度和效率受发动机设计和推力的影响,速度也决定了发动机的性能。
噪声问题也是航空发动机的性能评估中必须要解决的一个问题,对于环境保护、人类健康和舒适度都有着重要作用。
航空发动机性能分析一、引言航空发动机是现代航空运输的核心部件,其性能直接影响到航班的安全性、节能性、经济性和环保性等方面。
因此,对航空发动机性能进行分析和评估,对于提高航空运输的质量和效率、保障航班的安全性具有重要意义。
二、航空发动机的分类航空发动机按照工作原理可分为涡轮喷气发动机和涡扇发动机两大类。
前者是指通过燃烧煤油喷出高温气体,驱动涡轮以实现飞机的推进,后者是指在喷气过程中,通过一组外挂在发动机外周的大型风扇将大量空气吸入并通过发动机以实现推进。
涡扇发动机是目前新一代航空发动机的代表,其在效率、低噪声、环保等方面均有较明显优势。
三、航空发动机性能指标航空发动机的性能指标涉及到推力、燃油消耗量、工作温度、噪声等多个方面。
其中推力是衡量发动机输出能力的基本指标,燃油消耗量则是衡量发动机耗能的基本指标。
温度是另一个关键指标,因为发动机工作温度不应过高,过高会导致引擎过热,从而影响发动机寿命和安全性。
同时,因为航空运输涉及到城市噪声污染等问题,发动机噪声也成为了衡量发动机性能的一个重要指标。
四、航空发动机性能分析方法航空发动机的性能分析方法主要包括实验法和计算法。
实验法是通过建立发动机的物理模型,进行各种试验以评估其性能的方法。
现代航空发动机性能试验方法主要包括剖面试验、飞行试验、铺排试验和地面试验等。
计算法是通过建立发动机运转模型,并使用计算机程序模拟发动机工作过程进行性能分析的方法。
计算方法也可分为大气状态计算、热力学计算和动力学计算三个部分。
五、航空发动机性能评估航空发动机性能评估主要由以下几个步骤构成:首先需要对发动机在各种工况下的性能指标进行评估;然后需要考虑发动机寿命、可靠性等因素对性能的影响;最后在各个评估指标之间进行权衡,综合考虑来评估发动机性能。
六、结论航空发动机性能分析是航空工程领域的一个重要研究方向,其评估结果直接关系到航空运输的安全、效率和可持续发展等多个方面。
因此,发动机制造厂商和航空公司都需要关注发动机的性能评估和优化,以提高综合效益和竞争力。
航空发动机性能特点及应用航空发动机是飞机的“心脏”,其性能直接影响飞机的安全性、运行效率和经济效益。
航空发动机的性能特点和应用主要体现在以下几个方面。
一、推力和推重比推力和推重比是衡量航空发动机性能的重要指标之一。
推力指的是发动机产生的推进力,它直接影响飞机的加速能力和爬升性能。
推重比则是推力与飞机重量的比值,反映了发动机对飞机性能的影响。
现代航空发动机推力和推重比大大提高,能够实现更高的速度和更远的飞行距离,也为超音速、高空飞行和长航时飞行提供了技术保障。
二、燃油耗率燃油耗率是衡量航空发动机经济性能的重要指标之一。
它指的是发动机单位推力所需的燃油量。
燃油耗率越低,飞机的续航能力越长,航程也就越大。
同时,燃油耗率还直接影响航空运输的运营成本。
因此,发动机设计与燃油经济性是紧密相关的。
三、噪声和污染噪声和污染是限制航空发动机使用的因素之一。
随着对环保和舒适性要求的提高,现代航空发动机需要在噪声和污染控制方面进行不断改进。
大型喷气式客机发动机通过采用高科技降噪技术,如大型涡轮风扇、内置隔音罩、阻流板等,大幅度降低噪声水平。
同时,发动机燃烧系统的优化设计也可以减少有害气体排放和对大气层的影响。
四、应用范围航空发动机应用范围广泛,包括军用和民用等多个领域。
军用航空发动机需要具备高可靠性、战斗可靠性、适应各种气候和地形条件、高温高寒环境启动等特点。
民用航空发动机则需要具备高效、低污染、长寿命、低噪声等特点。
在商业航空方面,航空发动机的性能也直接关系到运输效益和市场竞争力。
因此,在发动机的性能、经济性等方面有很大的发展空间。
总之,航空发动机是航空运输的重要组成部分,其性能的不断提高将推动航空工业的发展,促进全球航空运输业的繁荣和发展。
军用航空发动机可靠性分析第一章:引言军用航空发动机是飞机的“心脏”,直接关系到飞机的安全性和性能。
同时,在军事应用中,军用发动机对于任务的执行也有着重要的影响。
因此,对军用航空发动机的可靠性分析是非常重要的。
本文将对军用航空发动机的可靠性进行分析,包括发动机的故障模式、可靠性评估、故障诊断以及维修保养等方面。
第二章:军用航空发动机的故障模式军用航空发动机的故障模式主要有以下几种:1.机械故障:包括轴承失效、齿轮损坏、接头松脱等。
2.热失效:由于高温高压环境的影响,包括涡轮叶片脱落、燃烧室裂纹等。
3.电子故障:由于飞机电子系统的影响,包括控制系统故障、感应器故障等。
4.燃油问题:包括燃油质量、油泵故障等。
第三章:军用航空发动机的可靠性评估可靠性评估是军用航空发动机设计和制造过程中的重要环节。
通过可靠性评估,可以识别和评估军用发动机中潜在的故障模式,从而制定相应的预防性维修和其他改进方案。
可靠性评估通常包括以下四个步骤:1.确定军用航空发动机的功能需求和性能指标。
2.定义发动机的故障模式、失效特点以及可能的故障原因。
3.开发可靠性分析模型,进行可靠性分析,评估发动机的可靠性水平。
4.对评估结果进行验证,确定相应的改进方案。
第四章:故障诊断故障诊断是保证军用航空发动机可靠运行的重要保障。
随着先进的故障诊断技术的应用,能够及时准确地发现发动机故障,提高维修效率,延长发动机使用寿命。
目前,常用的军用发动机故障诊断方法包括以下几种:1.经验法:根据经验和专业知识,结合发动机特性进行故障诊断。
2.数学模型方法:建立相应的数学模型,利用计算技术和数学算法进行故障诊断。
3.信号分析方法:通过采集发动机运行时的信号样本,利用信号分析技术进行故障诊断。
4.综合诊断方法:将多种故障诊断方法综合应用,提高诊断准确率和可靠性。
第五章:维修保养维修保养是保证军用航空发动机可靠性的重要环节。
正确的维修保养可以减少故障概率,延长发动机使用寿命,提高发动机可靠性。
空军航空器发动机分析与维修研究随着空军航空器的飞行技术不断发展,对航空器的发动机性能要求也越来越高。
发动机是飞机的动力心脏,质量的好坏和维修保养都会对航空器飞行安全和效率产生重要影响。
因此,对空军航空器发动机的分析和维修研究显得尤为重要。
一、空军航空器发动机性能分析1.1 发动机分类及性能比较按使用的载重和功能区分,发动机常分为大型、中型、小型、微型四种,其中大型和中型为常见箭体模式所用。
对于空军航空器来说,大型发动机可以承载更多燃料和提供更大的推力,因此应用较为广泛。
另外,发动机的性能也是空军航空器使用中需要重点关注的问题。
如推力,侧度控制能力,可靠性等都是在不同使用情况下需要考虑的性能指标。
针对不同的任务和使用场景,需要选用不同性能的发动机以达到最好的效果。
1.2 发动机组成及配套设备空军航空器的发动机由进气道系统、压气机系统、燃烧室系统、涡轮系统和喷气推力系统组成。
此外,还需要有相应的润滑油和冷却液等用于保养和维护的设备。
在选择发动机时,还需要考虑将发动机与相应的机翼和结构组合在一起后所形成的飞机总体性能。
因此,还需要设计和选用相应的发动机风扇叶片等零部件以保证完美的配合。
二、空军航空器发动机维修研究2.1 发动机维修保养航空器的发动机维护工作不仅要求反应灵敏,还需要配备有专业的维修人员处理。
在对发动机进行维修时,通常会检查机体整体结构,关键的控制系统和发动机售后服务。
另外,发动机维护时还需要更换一些关键性的废气口等部件。
在收集发动机返回的热气后,经过相应的过滤器和碳排放系统处理后即可重复使用,这对保护环境和减少废气的排放量非常重要。
2.2 发动机工艺研究在维护航空器发动机时,确保各个零部件的完整性和性能是非常重要的。
尤其是涡轮和热机的每个角度都需要专业人员进行维修和检测。
其他重要工艺还涉及到喷油器和燃烧器的制造和组装等。
对于较为高级的发动机,还需要在压力鼓和高温燃烧器等部位添加高科技材料以保证其散热系统的可靠性和耐用性。
航空发动机技术及国内外现役军用发动机资料第一篇:航空发动机技术及国内外现役军用发动机资料航空发动机技术及国内外现役军用先进发动机资料本资料仅限于本校航空发动机专业学生参考之用航空发动机技术及国内外现役军用先进发动机资料名词解析1)推重比:发动机推力与重量之比。
是反映发动机性能的最重要指标之一,发动机推重比越大,战斗机的机动能力越强。
2)空气流量:单位时间里流过的空气质量,单位是:公斤/秒。
3)单位耗油率:产生1牛顿或10牛顿或1千牛顿或1公斤力每小时所消耗的燃油每公斤单位质量,即公斤/牛顿²时(kg/N²h)、公斤/十牛顿²时(kg/daN²h)、公斤/千牛顿²时(kg/kN²h)、公斤/公斤力²时(kg/kg²h)。
4)涡轮前温度:燃气从燃烧室出来在涡轮前的温度。
提高涡轮前温度,某种程度上可以提高发动机性能,涡轮前温度的高低某种程度上反映着发动机的水平。
5)总增压比:发动机进口和发动机出口的压力比,又称总压缩比,简称总压比,第三代发动机的增压比一般在20~30左右,提高发动机增压比可以提高发动机性能,但也会带来喘振裕度低的问题。
关于全权限数字电子控制(FADEC)技术关键词: 全权限数字电子控制自动控制系统航空发动机随着飞机、发动机的发展,发动机控制领域的研究成果层出不穷。
其中,飞机推进系统控制一体化技术、全权限数字电子控制(FADEC)技术等无疑都代表着当前发动机控制技术的先进水平。
由于FADEC有着众多的优点和发展潜力,许多国家都在研制。
并且随着新技术、新材料的应用,可靠性问题已得以解决,同时,成本也在不断降低。
一、发动机先进控制概念20世纪80年代,以美国NASA为首的多家研究机构通过详细评估鉴定出最值得发展的先进控制概念。
在筛选和排序工作中所选择的比较基础是装有先进涡扇发动机的第4代高性能军用战斗机(MHPF)和马赫数为2.4的高速民用运输机(HSCT)及其发动机;所采用的评估判据包括权衡因子和品质因素。
军用航空发动机特征分析刘勤;周人治;王占学【摘要】The development of military aero-engine and the concepts of variable cycle engine were intro-duced. The structure/performance characteristics and technical features of the third and fourth generation fighter engine were summarized. The technical features of the fifth generation fighter engine with thrust-weight ratio 12~15 were specially analyzed. Combining the development of Adaptive Engines tech-nology (AETD), the structure and performance characteristics of triple-bypass variable cycle engine were predicted, and performance advantage of the fifth generation fighter engine was concluded. Finally accord-ing to the development of military aero-engine performance, the trend of future fighter engines was summa-rized and predicted.%简述了军用航空发动机的发展历程,介绍了变循环发动机的相关概念,总结了第三、第四代战斗机发动机的结构/性能特点和技术特征,重点分析了第五代战斗机推重比12~15发动机的技术特征。
结合自适应发动机技术发展(AETD)项目,预估了三外涵变循环发动机的结构和性能特点,得出了第五代军用航空发动机的性能优势。
根据归纳出的军用航空发动机总体性能发展趋势,对未来战斗机发动机的发展进行了展望。
【期刊名称】《燃气涡轮试验与研究》【年(卷),期】2014(000)002【总页数】4页(P59-62)【关键词】军用航空发动机;技术特征;变循环;推重比;自适应;第五代战斗机【作者】刘勤;周人治;王占学【作者单位】中国燃气涡轮研究院,四川成都610500;中国燃气涡轮研究院,四川成都610500;西北工业大学动力与能源学院,陕西西安710072【正文语种】中文【中图分类】V231 引言自20世纪40年代初以来,战斗机发动机已研制发展了四代。
40~50年代,涡喷发动机得到了快速发展,但耗油率高。
为改善其经济性,60年代,航空发动机进入涡扇发动机时代。
在此基础上,为实现高的气动性能、结构工艺水平和推力矢量技术等,80年代,航空发动机进入新一代涡扇发动机时代。
20世纪末期,先进战斗机对发动机提出了5S特性(隐身性、超声速巡航、短距起降、超机动性、高维修性),自此航空发动机进入先进涡扇发动机时期。
近年来,战斗机正朝多用途、宽包线方向发展,这促使研究者提出了变循环发动机概念。
变循环发动机通过改变发动机部件的几何形状、尺寸或位置来调节热力循环参数(如增压比、涡轮前温度、空气流量、转速和涵道比等),将高、低涵道比发动机的优势合二为一,使发动机可同时具备大推力与低油耗特性,使得发动机在各种工作条件下都具有最佳的热力循环,从而对飞行速度和高度有良好的适应性。
因此,变循环发动机受到各航空强国的重视,是目前航空发动机的重要研究方向。
2007年,美国启动了VAATE计划的一个子计划——自适应通用发动机技术(ADVENT)计划,开始对第五代战斗机发动机(重点是变循环发动机(VCE))技术进行预研,目标是在飞行包线内调整发动机核心段的流道几何形状和尺寸,以改变风扇、核心机流量和压比,从而优化发动机性能。
2012年,美国空军和国防部启动了ADVENT计划的后续技术成熟项目——自适应发动机技术发展(AETD)项目,重点研究三外涵技术,以满足未来发动机自适应技术的要求。
2 军用航空发动机特征分析2.1 第三代第三代军用航空发动机,是目前世界发达国家现役主力战斗机所装备的发动机,如:F100、F110、F104、RB199、M53、RD-33、АL-31F 等[1~3]。
其结构特点为:3~4级风扇和7~9级高压压气机,叶片负荷较高,大多采用可调静子叶片结构;环形或短环形燃烧室,长度较第二代发动机的缩短了1/2,温升提高;1~2级高压涡轮和1~2级低压涡轮,采用耐高温高负荷设计,单级涡轮落压比提高;采用复合气冷空心结构的定向凝固或单晶材料叶片,涡轮进口温度提高;加力燃烧室采用分区供油和先进火焰稳定器,长度较第二代发动机的缩短了约1/3,加力温度提高;收敛扩散型喷管;全权限数字电子控制系统(FADEC)。
其性能特点是:推重比7.0~8.0,平均级增压比1.3~1.4,总增压比21~35,燃烧室温升850~950 K,高压涡轮单级落压比可达3.5~4.2,涡轮进口温度1600~1750 K,加力温度2000~2100 K。
2.2 第四代第四代军用航空发动机,是为满足先进战斗机(如F-22)的超声速巡航能力、良好隐身能力、高亚声速和超声速机动能力、敏捷性、远航程和短距起落能力、高可靠性、易可维修性、强生存力、低全寿命期费用而研制的。
典型第四代军用发动机(F119、F120、EJ200、F135、F136、АL-41F等)的结构特点为:风扇2~3级;高压压气机5~6级;燃烧室多为短环形燃烧室;高压涡轮均为单级;低压涡轮为1~2级;加力燃烧室多为内外涵燃烧、结构一体化的短加力燃烧室;喷管采用能实现短距起落和非常规机动,同时有助于于减少红外及雷达信号特征的结构形式,如二元推力矢量喷管、轴对称收敛扩散喷管等[4]。
其性能特点为:推重比9.0~10.0,涵道比 0.2~0.4,总增压比26~35,涡轮进口温度1800~2000 K,3级风扇的增压比可达4.5左右,耗油率降低了8%~10%,可靠性提高了1倍,耐久性提高了2倍。
总之,第四代发动机具有高推重比、小涵道比、高总压比、高涡轮进口温度等特点。
典型第四代军用发动机的参数对比如表1所示。
表1 典型第四代军用航空发动机的参数对比Table 1 Parameter comparison of the typical fourth generation military engines型号F119 F120 F135 F136 EJ200总级数3+6+1+12+5+1+1/23+6+1+22+5+1+1/2+23+5+1+1涵道比0.300.320.570.320.40备注常规变循环常规变循环常规第四代军用航空发动机采用的新技术[5~7]:(1)压缩系统——采用非定常三维有粘气动设计,使平均级增压比提高到1.45~1.50;采用进口可调导叶和弯掠叶片设计,提高了效率和喘振裕度;采用低、中等展弦比设计;采用空心宽弦叶片及整体叶盘设计,减轻重量;采用刷式封严,减少漏气。
(2)燃烧系统——采用高紊流度强旋流、带蒸发管的头部回流、强旋流气流加强混合等燃烧室头部设计技术,获得高的燃烧效率和均匀的出口温度分布;采用气动雾化、空气雾化等喷嘴,提高燃油雾化质量;采用浮动壁火焰筒设计;采用高燃油空气比燃烧技术;采用对流加气膜复合冷却、多孔层板Lamilloy冷却技术等。
(3)涡轮系统——采用非定常全三维有粘气动设计,提高涡轮的气动负荷;涡轮叶片采用单晶材料制成;高、低压涡轮采用对转设计,减小飞机机动飞行时的陀螺力矩;采用多通道强迫对流加气膜冷却、铸冷加Lamilloy冷却、超冷、内部增强冷却等技术,采用电子束物理气相沉积的热障涂层,提高涡轮冷却效率。
(4)喷管系统——采用二元收扩俯仰矢量喷管、轴对称矢量喷管、收敛-扩散全方位矢量喷管等设计技术,实现短距离起落和非常规机动,同时也有助于减少红外和雷达信号特征。
(5)控制系统——采用第三代双余度FADEC,进一步提高可靠性,对发动机实行故障诊断和处理,并根据飞机推进系统一体化确定发动机最佳工作参数。
(6)新材料——外涵机匣均采用树脂基复合材料;高压压气机转子前几级采用钛合金,后几级采用高温合金,静子叶片选用高强度阻燃钛合金或高强度镍基高温合金;燃烧室火焰筒主要采用镍基高温合金并涂覆陶瓷热障涂层;涡轮转子叶片采用第2代单晶镍基高温合金,并电子束气相物理沉积热障涂层;静子叶片采用第2代单晶合金或陶瓷基复合材料,双性能热处理涡轮盘;加力燃烧室隔热屏选用镍基高温合金,筒体采用钛合金或高强度阻燃钛合金Alloy C;喷管主调节片选用高温合金。
2.3 第五代第五代军用航空发动机是目前正在研制的推重比12~15的小涵道比加力涡扇发动机。
根据IHPTET计划、VAATE计划等的研究情况,预计将在2020年研制出可实现推重比12~15一级的涡扇发动机。
2012年10月,美国启动的AETD项目,主要瞄准下一代涡轮发动机技术,目的是验证能用于第五代战斗机、未来轰炸机和其它战术飞机的低油耗发动机技术,使之达到能进入工程发展的水平,从而为下一代作战飞机的研制做好准备。
AETD项目重点研究三外涵技术(除传统涡扇发动机的高压核心机和低压外涵道,还将在外圈增加可开合的第三外涵)以满足未来自适应发动机的要求,目的是发展一种采用三外涵结构的发动机技术并使其成熟。
起飞时第三外涵关闭,减小涵道比并提高核心机流量以增加推力,巡航时第三外涵打开,以增大涵道比并降低耗油率。
第三外涵气流温度较低,可用于冷气及实现更好的热管理,冷却飞机系统热沉的燃油及加力燃烧室和喷管的壁板。
这种结构还能降低飞机的阻力。
进气道按飞机起飞时所需的最大进气量设计,但在飞机巡航时其进气量超出发动机需求从而造成溢流。
第三外涵能接受多余的空气,从而减少溢流阻力,这部分额外的气流还可用于填充飞机尾部的低压区,达到降阻的效果。
此外,第三外涵也可改进进气道总压恢复,降低排气温度,减少红外信号等。
2.3.1 结构特点根据IHPTET、VAATE等研究计划,预计第五代军用航空发动机的结构特点主要有[8~13]:(1) 风扇为2级,叶片为空心宽弦叶片,采用弯掠叶片、大小叶片设计,叶尖切线速度650~700 m/s,级增压比2.2~2.5;整体叶环转子结构,风扇转子叶环采用碳化硅纤维增强的钛基复合材料,风扇机匣采用树脂基复合材料。
(2) 压气机为3级,级增压比2.0;3级转子采用整体叶环结构,由碳化硅纤维增强的钛基复合材料制成。