刷式密封技术研究进展与发展趋势

刷式密封作为一种先进的柔性接触式动密封结构,是传统篦齿密封最简单有效的替代产品,在航空发动机型号研制中具有重要的应用前景。密封作为航空发动机重要的基础零部件,其性能直接影响着航空发动机的燃油经济性和工作效率,先进的密封技术可有效减少泄漏量,降低航空发动机的级间能量损耗,进而提升航空发动机的总体性能。

2023年航空动力领域数字化进展

在美国数字工程战略的引领下,航空发动机制造商纷纷在数字化领域进行积极探索。尽管GE公司的Predix平台并未达到预定目标,罗罗公司的R2实验室也因业务重心调整而关停,但航空发动机制造商的数字化进程并未止步,虽步履蹒跚,但始终前行。新一轮科技革命和产业革命的深入推进,正不断重塑全球创新版图。数字化是第四次工业革命的核心技术之一,对各行各业都产生了深刻影响。作为尖端装备制造领域的从业者,航空发动机制造商纷纷在数字化领域积极布局,持续推进。2023年,航空发动机设计、制造、维修等阶段的数字化转型均取得了一定进展。

加力燃烧室性能提升技术研究

加力燃烧室可以使发动机在短时间内实现推力大幅提升,满足快速起飞和追击等战斗需求,目前世界各国的新一代军用发动机基本都采用了带加力燃烧室的结构。为了提升加力燃烧室的性能,需要对加力燃烧室的一体化设计和燃烧稳定性进行深入研究。

飞机动力装置安装系统橡胶材料标准研究

随着民航业的发展,商用飞机动力装置的性能不断提高、国产化需求日益突出,动力装置安装系统用橡胶材料研究和标准规范的建立,对国产橡胶材料的适航及标准化具有指导意义。飞机的动力装置一般指飞机发动机以及保证飞机发动机正常工作所必需的系统和附件,此外还包括辅助动力装置(APU)。动力装置安装系统的核心功能元件一般由高性能阻尼橡胶材料制成,橡胶材料具有超弹性与黏弹性特征,同时也对温度、频率及振幅较为敏感。

TBCC发动机控制技术的发展

涡轮基组合循环(TBCC)发动机是涡轮发动机和冲压发动机有机结合形成的组合循环动力系统,具有水平起降、宽速域和宽空域工作的优点。然而,TBCC发动机控制比较复杂,特别是TBCC发动机在模态转换控制时,具有建模难、多变量、强非线性、非光滑多模态、强耦合和强不确定性等固有特性,给TBCC发动机控制律设计带来了巨大的挑战。

TBCC发动机加力/冲压燃烧室高性能燃烧组织技术

涡轮基组合循环(TBCC)发动机具有飞行包线宽、工作范围内经济性好和持续推力大等优势。但TBCC发动机加力/冲压燃烧室因气动参数变化范围宽会导致涡轮模态易自燃、冲压模态点火难度大和火焰稳定困难等问题,开展加力/冲压燃烧室燃烧组织技术研究有助于推进TBCC发动机的应用。

分子动力学模拟在镍基单晶高温合金力学行为研究中的应用

分子动力学模拟是一种基于分子/原子的经典力学模型,通过数值求解体系差分方程研究材料特性的计算机模拟方法,目前已成功应用于航空发动机涡轮叶片用镍基单晶高温合金力学行为仿真,在揭示变形与损伤机理、预测力学性能等方面展现出巨大的潜力。高压涡轮叶片是航空发动机的重要零部件,在服役过程中承受着极端热力耦合载荷,可能出现掉块、断裂或丢失等现象,导致发动机无法正常运转,甚至引起重大安全性事故。镍基单晶高温合金由于其优异的高温力学性能被广泛应用于制造涡轮叶片,对镍基单晶高温合金力学行为的深刻认识和理解是突破涡轮叶片安全性设计的关键基础。

跨介质飞行器相关技术及分析

随着科技的发展,单介质的航行不足以满足人们的需求,在创新性交叉领域对跨介质飞行器开展研究,引起了航空业界的广泛关注。跨介质飞行器在质量匹配、机身外形、机翼布局、结构设计,以及动力系统等方面具有显著的特殊性。近年来,空中无人飞行器和水下无人潜行器技术得到了飞速发展,广泛应用于军用和民用领域。但单介质飞行器工作能力会受到许多条件的限制,例如,飞行器的自身工作范围、推进能源的补充等。

深度强化学习为智能航空发动机控制赋能

深度强化学习可以通过交互式训练实现控制策略的智能优化,使航空发动机更加智能地适应不同飞行环境和任务需求,为提升航空发动机性能、降低耗油率、增强飞机安全性等方面带来了新的机遇,有望成为实现智能航空发动机的有效途径之一。

宽域进气预冷系统匹配设计的研究挑战

扩展燃气涡轮发动机飞行包线能给现役战斗机、导弹等飞行器带来性能的提升,也能为当前涡轮冲压组合发动机所面临的推力陷阱问题提供一种技术解决途径,进气压缩系统和预冷器的一体化匹配设计是实现这一突破的关键。火箭发动机、航空燃气涡轮发动机和冲压发动机是3类重要的推进装置,分别在不同空域和速域各具优劣。近年来,在宽速域、宽空域的需求下,国内外开展了各类组合动力的研究[1-2]。

航空燃料电池燃气涡轮混合动力系统研究进展

燃料电池燃气涡轮混合动力系统以其发电功率大、效率高、污染物排放低等优势,成为一种极具应用前景的、可同时满足飞行器推进与能源需求的一体化动力装置。传统燃气涡轮航空发动机受材料限制,涡轮入口温度提升困难,导致发动机性能提高受到限制,此外,压气机和涡轮的功率、转速的宽范围匹配也是航空发动机发展的一大难题,需要新的解决途径。与此同时,为了简化飞机能源结构、降低燃料消耗以及污染物排放,多电/全电飞机成为飞机的新发展方向之一,其中电推进技术成为飞机动力系统电气化的重要实现途径。

航空发动机失速预警技术的研究进展

以可调叶片为代表的主动控制技术可以实现压气机稳定裕度的扩大,而失速预警技术是主动控制的关键一环,如何通过行之有效的预警方法获得更长的预警时间是研究人员一直追求的目标。现代航空发动机迈向更高推重比的目标促使设计人员进一步地提升压气机的总压比或级负荷,而高压比、高负荷的设计却往往遭到流动稳定性问题的制约。航空发动机流动稳定性问题通常是指压气机的旋转失速和喘振。这两种失稳状态会影响发动机的正常工作,导致发动机推力下降、结构损坏、甚至在空中熄火停车,对飞行安全性造成严重危害。

发动机再生冷却多物理场耦合拓扑优化技术浅析

多物理场耦合的拓扑优化方法设计效率高,不依赖于工程经验,可打破常规并联冷却通道设计思路,实现多优化目标条件下的灵活多自由度精细化设计,可显著提升发动机主动冷却热结构冷却效能,对提高发动机冷却剂热沉利用率和结构耐温极限具有重要意义。宽域吸气式组合发动机是天地往返空天飞行器的有效动力形式之一,但随着飞行马赫数(Ma)的不断提升,轻质高效的发动机热结构成为Ma8+吸气式发动机走向工程实际应用的核心难题之一。

内燃波转子增压燃烧发动机技术分析

将内燃波转子替换燃气涡轮发动机燃烧室,利用波系和等容燃烧可以显著提高热力循环效率,无须增加涡轮前温度即可提升发动机性能。该装置不仅展现了增压燃烧在提高飞行器动力系统性能方面的巨大潜力,而且已通过多次试验验证,具有广阔的应用发展前景。

可控刚度支承结构在航空发动机中的应用分析

航空发动机工作转速高且变化范围大、载荷环境复杂,其转子系统的振动控制问题一直是发动机研制过程中的技术难题。可控刚度支承结构设计可以在不改变转子结构形式和运行功能的前提下主动调整转子的动力学特性,在发动机转子系统的减振设计中具备很好的应用前景。航空发动机转子的振动问题不仅会严重影响发动机的性能,同时也会对飞行器的安全性和可靠性造成巨大威胁^([1])。为了实现特定的功能,转子的形式一经确定后不可更改,因此对于转子系统的减振问题一般从支承位置入手,通过改变支承刚度来调节转子的动力学特性,从而达到一定的减振效果。

轻量化主动热防护结构设计技术现状与发展趋势

高效热防护和结构轻量化是高马赫数(Ma)推进系统面临的核心技术挑战,点阵结构具有高孔隙率、高比表面积和高屈服强度等性能优势,可通过芯体单元结构优化设计满足多功能集成要求,在主动热防护技术领域具有广阔的应用前景。航空发动机的热环境随飞行马赫数增加而愈发严峻,先进热防护系统是确保发动机安全可靠运行的重要基础。热防护技术的发展起源于解决高速飞行器面临的热障问题,多采用热沉或烧蚀结构实现短时间防热功能。

光纤光栅接触式检测旋转叶片的发展

旋转叶片参数动态检测是科学和工程领域的长期研究热点,光纤光栅传感器本身在体积、质量和组网上的优势,为解决这一问题提供了新的思路。光纤光栅接触式检测有良好的工程前景,但同时也伴随着新的工程问题和器件需求。航空发动机压气机、涡轮等叶片类旋转机械以高转速、重载荷、高效能和高可靠性为目标不断提高性能。作为核心部件的叶片,在每分钟上万转的旋转过程中承受巨大应力,极易出现故障,因此叶片的旋转状态参数检测一直是研究热点。

氢气微混扩散燃烧技术发展

“双碳”目标下,氢燃料因零碳排放和燃烧热值高的特点,成为航空发动机和地面燃气轮机领域最具应用潜力的燃料,而氢气微混扩散燃烧技术则是其实现广泛应用的关键之一。

类蜂巢结构在航空发动机中的应用

人类不断从大自然中汲取灵感来推动科技的进步,并由此衍生出了一个庞杂的学科门类——仿生学。其中的经典案例之一是对蜂巢结构的研究和利用,它在流动、传热、力学和材料等方面的诸多优势,使其成为了航空发动机中一众难题的解决方案。

IATA航空净零排放发展路线图分析

国际航空运输协会(IATA)发布的航空净零排放发展路线图详细阐述了为实现可持续航空愿景所需的关键步骤,通过综合利用所有可能的技术、基础设施、运营、金融和政策手段,确定了前进道路上不同时期的重要里程碑,指明了通往绿色航空未来的方向。随着国际民航组织(ICAO)第四十一届大会审议并通过了全球航空长期理想目标(LTAG),各国政府和航空业界正在齐心协力向2050年实现净零排放这一共同目标进发。