航空发动机气动热力学领域的热点课题总结与讨论

1、中航工业沈阳发动机设计研究所AVIC SHENYANG ENGINE DESIGN AND RESEARCH INSTITUTE中航工业沈阳发动机设计研究所热点课题：热点课题：u新概念发动机新概念发动机u变循环、组合发动机变循环、组合发动机u高超声速高超声速u优化问题优化问题中航工业沈阳发动机设计研究所齿轮驱动涡扇发动机齿轮驱动涡扇发动机热点课题：热点课题：新概念发动机新概念发动机优点：提高发动机效率，优点：提高发动机效率，显著降低噪声、减小油耗和显著降低噪声、减小油耗和废气排放。废气排放。 目前，罗罗、普惠、目前，罗罗、普惠、GE等公司都在全力开发这种新等公司都在全力开发这种新型发动机。型发

2、动机。开飞机也要换挡的！开飞机也要换挡的！油耗降低油耗降低12%；NOx比比2008年标准降低年标准降低55%；噪声降低噪声降低50%；维修费用；维修费用降低降低40%。中航工业沈阳发动机设计研究所开式转子发动机开式转子发动机热点课题：热点课题：新概念发动机新概念发动机显著优点：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。中航工业沈阳发动机设计研究所开式转子发动机开式转子发动机热点课题：热点课题：新概念发动机新概念发动机中航工业沈阳发动机设计研究所中冷回热航空发动机中冷回热航空发动机热点课题：热点课题：新概念发动机新概念发动机中冷器：高压压气机进口气流与外涵中冷

3、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。口温度，进而减少了高压压气机耗功。回热器：燃烧室进口气流与低压涡轮回热器：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的温度，进而减少燃油消耗量中航工业沈阳发动机设计研究所中冷回热航空发动机中冷回热航空发动机热点课题：热点课题：新概念发动机新概念发动机中航工业沈阳发动机设计研究所自适应变循环发动机自适应变循环发动机热点课题：热点课题：变循环、组合发动机变循环、组合发动机中航工业沈阳发动机设计研

4、究所自适应变循环发动机自适应变循环发动机热点课题：热点课题：变循环、组合发动机变循环、组合发动机VCEACEFlade带带CDFS双外涵变循环发动机双外涵变循环发动机Fan+Blade控制外涵工作情况控制外涵工作情况中航工业沈阳发动机设计研究所自适应变循环发动机自适应变循环发动机热点课题：热点课题：变循环、组合发动机变循环、组合发动机 美军预计，燃油效率将比美军预计，燃油效率将比F135F135发动发动机的提高机的提高2525，飞机作战半径增加，飞机作战半径增加25253030，续航延长，续航延长30304040。关键。关键技术包括：单独可变流量和压比的辅助技术包括：单独可变流量和压比的辅助风

5、扇；高温多转子机械系统；高剩余功风扇；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；综合的热管流量范围工作的高效涡轮；综合的热管理技术；进理技术；进/ /排气综合改进技术。排气综合改进技术。中航工业沈阳发动机设计研究所组合循环发动机组合循环发动机热点课题：热点课题：变循环、组合发动机变循环、组合发动机 组合循环发动机是将组合循环发动机是将2 2种或种或2 2种以上的推进系种以上的推进系统组合到一起，来共同完成推进任务。目前，主统组合到一起，来共同完成推进任务。目前，主要有要有RBCCRBCC（火箭冲压）、（火箭冲压）、T

6、BCCTBCC（涡轮冲压）（涡轮冲压）和和T/RBCCT/RBCC（涡轮（涡轮/ /火箭基组合冲压）发动机火箭基组合冲压）发动机3 3种类型。种类型。 近年来又提出两种模式的涡轮近年来又提出两种模式的涡轮/ /脉冲爆震组脉冲爆震组合循环发动机。合循环发动机。中航工业沈阳发动机设计研究所组合循环发动机组合循环发动机热点课题：热点课题：变循环、组合发动机变循环、组合发动机涡喷发动机（TE）火箭增强型引射冲压发动机（ERJ）双模态冲压发动机（DMRJ）=+亚燃冲压发动机超燃冲压发动机=+GasTurb 10中航工业沈阳发动机设计研究所组合循环发动机组合循环发动机热点课题：热点课题：变循环、组合发动机

7、变循环、组合发动机中航工业沈阳发动机设计研究所热点课题：高超声速热点课题：高超声速高超声速飞行器气动外形高超声速飞行器气动外形中航工业沈阳发动机设计研究所热点课题：高超声速热点课题：高超声速高超声速飞行器进气道设计高超声速飞行器进气道设计中航工业沈阳发动机设计研究所热点课题：高超声速热点课题：高超声速高超声速飞行器进气道设计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。中航工业沈阳发动机设计研究所热点课题：高超声速热点课题：高超声速高超声速飞行器进

8、气道设计高超声速飞行器进气道设计SR-72飞行器前体飞行器前体高外压缩內乘波进气道高外压缩內乘波进气道一体化研究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匹配飞行器前体的高外压缩内乘波进气道设计研究中航工业沈阳发动机设计研究所热点课题：高超声速热点课题：高超声速高超声速飞行器进气道设计高超声速飞行器进气道设计匹配飞行器前体的高外压缩内乘波进气道设计研究匹配飞行器前体的高外压缩内乘波进气道设计研究进气道匹配飞行器后的三维造型进气道匹配飞行器后的三维造型设计状态下匹配设计状态下匹配SR-72SR-72前体内乘波进气道流动三维波系结构图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

9、数和压力等值图二维吻切对称面马赫数和压力等值图中航工业沈阳发动机设计研究所热点课题：高超声速热点课题：高超声速高超声速动力装置能量管理技术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。中航工业沈阳发动机设计研究所热点课题：高超声速热点课题：高超声速高超声速动力装置能量管理技术高超声速动力装置能量管理技术 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。中航工业沈阳发动机设计研究所热点课题：优化问题热点课题：优化问题发动机总体设计的部件参数选优

10、发动机总体设计的部件参数选优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。中航工业沈阳发动机设计研究所热点课题：优化问题热点课题：优化问题发动机总体设计的部件参数选优发动机总体设计的部件参数选优Parameter(20%)Net T h r u s t / kNSFC kg/(daN*h)SFCChange RateATF44.260.518-5.41%GTF-1142.790.5460中航工业沈阳发动机设计研究所热点课题：优化问题热点课题：优化问题进气道的设计及进进气道的设计及进-发匹配发匹配中航工业沈阳发动机设计研究所热点课题：优化问题热点

11、课题：优化问题进气道的设计及进进气道的设计及进-发匹配发匹配遗传算法优化目标A. 总压恢复系数 B. 阻力系数 CDC. 总目标函数maxD. 优化结果的评估51ii1122332002Dcp Hp Hp HCkp Ma H12341234max,(,)Di C 中航工业沈阳发动机设计研究所热点课题：优化问题热点课题：优化问题进气道的设计及进进气道的设计及进-发匹配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：s=0.847211阻力系数为：CD=0.284533激波脱体的临界来流马赫数为