绝热涡轮复合发动机动力涡轮的设计与试验

本文叙述了用于绝热涡轮复合发动机的动力涡轮的设计与试验,给出了动力涡轮的气动、热力计算结果。试验得出了动力涡轮的特性曲线,其流量和效率均与设计值相符,表明设计是成功的。

复合发动机选用拉瓦尔喷管的可行性分析

根据底排－火箭复合发动机的结构特点，在合理选择底排药剂与火箭药剂性能参数的基础上，进行了理论分析计算和实验．结果表明：采用拉瓦尔喷管的复合发动机，完全能满足底排药剂燃烧产物以亚音速从拉瓦尔喷管喷出而火箭药剂燃烧产物却能以超音速喷出这一条件，从而达到提高复合增程弹增程率的目的．

基于GT-POWER的涡轮复合发动机的仿真研究

参照hyperbar超高增压系统和绝热复合发动机的工作原理提出涡轮复合发动机方案。在GT-POWER软件环境下建立涡轮复合发动机仿真模型,研究涡轮复合发动机压比、空气流量等参数对动力涡轮功率等的影响,为台架试验提供理论指导。

基于OptiStruct的复合材料发动机罩结构轻量化设计

采用复合材料替换普通碳钢并运用Hyper Laminate创建发动机罩壳的复合材料模型,实现发动机罩的材料轻量化。依据发动机罩在多工况条件下,以柔度最小化为优化目标函数,以优化前后体积分数为约束条件,对复合材料的发动机罩结构进行自由尺寸优化优化化设计。通过优化前后的复合材料发动机罩结构的力学性能分析可得:优化后的复合材料发动机罩刚度大大增强,同时,还实现了结构的轻量化。优化后最大应力地减小,使发动机罩所受应力均匀化,改善了发动机罩地力学性能及其疲劳寿命。

复合预冷吸气式火箭发动机热力循环分析

采用热力学第一定律分析法分析了复合预冷吸气式火箭发动机(SABRE)的基本热力过程,得出了吸气模式和火箭模式下的理想循环功和热效率表达式,确定了影响发动机理想热力循环性能的特征参数。结果表明:吸气模式下SABRE核心机采用布雷顿循环,压气机的增压比和循环增温比是影响理想热力循环性能的关键参数;火箭模式下SABRE采用火箭发动机循环,喷管降压比和出口排气速度是影响理想热力循环性能的关键参数。氦气仅仅在发动机内通过换热器换热实现能量在各循环子系统之间的输运,而其本身并无变化,不对发动机的理想循环功和热效率产生影响。

固体火箭发动机纤维缠绕复合材料壳体爆破渐进失效的数值模拟

对固体火箭发动机纤维缠绕复合材料壳体在爆破载荷作用下的失效进行了研究,基于Abaqus计算软件及二次开发,以Hashin准则作为单层失效判据建立了纤维缠绕复合材料壳体渐进失效模型;对失效单元刚度折减实现壳体爆破渐进失效的数值模拟,预测损伤类型、演化及爆破压力,并进行了相关试验验证。结果表明:壳体爆破渐进失效主要是由于中间部位的基体开裂和纤维拉断,爆破压力的有限元模拟与试验结果误差为7.1%,失效模型能较好地预测壳体爆破失效过程。

航空发动机用聚酰亚胺树脂基复合材料固化工艺及热稳定性能

针对航空发动机的需求,开展聚酰亚胺树脂基结构复合材料固化工艺与热稳定性评价研究。建立EC-380A树脂的固化动力学方程,模拟树脂固化度随温度和时间的变化。进一步结合树脂流变特性,制定并验证EC-380A复合材料固化成型工艺,制备发动机大尺寸复合材料典型件。通过热老化失重、预置缺陷层合板内部质量和力学性能,评价复合材料的热稳定性。采用330-380℃多温度分级固化的方法,复合材料可整体铺贴无缺陷热压成型。复合材料热稳定性优异,具备370-400℃耐温能力,370℃和285℃累计热老化1000 h,复合材料失重在1.3%左右;400℃热老化后,复合材料无新增缺陷、预置缺陷无扩展,表现出高温结构稳定性。

超音通流风扇发动机初探

从不同的角度对超音通流风扇发动机进行了探讨，介绍了超音通流风扇（ＳＴＦＦ）的工作模式及超音通流风扇与涡轮喷气发动机（ＳＴＦＦ－ＴＪ）、空气涡轮火箭组合发动机（ＳＴＦＦ－ＡＴＲ）的性能优势，讨论了ＳＴＦＦ发动机与飞机的一体化问题，分析了影响安装阻力的主要因素。指出ＳＴＦＦ发动机比传统的涡轮风扇发动机（ＴＢＥ）的摩擦阻力系数低，升阻比高，说明这是一种有巨大潜力的新型发动机。

基于POS-RELM的发动机复合故障在线诊断研究

本文针对发动机复合故障(失火故障、进气门间隙故障和排气门间隙故障)诊断中实时、高效的要求,将并行及正则算法引入在线贯序极限学习机(Online Sequential Extreme Learning Machine,OSELM),提出了一种可实现复合故障诊断的并行在线正则极限学习机(Parallel Online Sequential Regularized Extreme Learning Machine,POS-RELM)。通过试验数据可以得出,基于整周期分段特征提取法的POS-RELM算法相比于传统的神经网络分类算法更适合于发动机故障的在线监测及故障诊断。

火箭基组合循环发动机引射模态流动分析

应用迎风格式有限体积方法求解N S方程的基础上 ,数值模拟了火箭基组合循环 (RBCC)发动机引射模态进气道 /混合段 /燃烧室 /尾喷管 /引射火箭内的流动过程 ,分析了引射模态流道中的复杂流动结构 ,从理论上探讨了火箭引射模态工作过程机理 ,讨论了RBCC实验模型的混合性能 ,最后与实验结果进行了比较 ,二者吻合较好。

未来的航空涡扇发动机技术

总结了多电发动机、智能发动机、双外涵变循环发动机、复合材料发动机、外骨架发动机、绿色发动机等未来涡扇发动机的研究进展、关键技术和发展趋势。

固液火箭冲压发动机研究

为了研究适应较大空域稳定工作的冲压发动机 ,选定固液火箭冲压发动机为研究对象。确立了发动机的理论计算方法 ,优化了发动机的设计 ,并在试车台架上模拟大范围的飞行工况进行了试验考核 ,较好地验证了理论的正确性。固液火箭冲压发动机有其独特的性能 ,根据不同需求调整液体燃料与固体推进剂的比例 ,可达到最优组合 ,具有广阔的应用前景。

二十一世纪的轿车发动机——候选动力装置

在即将到来的下一世纪,除了现在应用的四冲程发动机外,人们还在考虑可在汽车上使用的几种替代动力装置;它们是斯特林发动机、汽轮机、改型的两冲程发动机、电动机及复合式发动机.下面将逐个讨论这些替代发动机的可行性,图1比较了这些发动机各自的热效率:

柴油发动机的发展前景

当前,压燃式发动机仍是最有效益的动力装置,但是它的总热能约有22％损失于冷却液,42％损失于排气及附件。

斯堪尼亚的废气涡轮复合式柴油机

瑞典的斯堪尼亚重型汽车公司,首次为载重货车推出了可大批量生产的废气涡轮复合式柴油发动机。这种被称作DTC11的复合式发动机,效率可达46%,即可将发动机耗能的一半转化成动力输出。而大多数的涡轮增压、中冷柴油机的效率值为44%,汽油发动机为30～35%。

柴油机燃烧探索

对柴油机预混合燃烧、低温扩散燃烧、高强化超清洁燃烧、当量比燃烧等新型燃烧方式进行了概述;介绍了分开循环发动机的工作原理;提出了低压缩比、高升压比、高膨胀比的复合热力循环和建立在该循环基础之上的复合发动机概念。首次披露了贯穿距可设定的、具有高雾化性能的交叉喷孔喷嘴,该喷嘴除了用于柴油机外,还可以用于直喷式汽油机等装置。

燃气涡轮发动机的效率

为保持铁路的高竞争力和投资吸引力,需要对机车的动力装置进行持续的完善,其中首先必须要减少燃油消耗以满足生态安全的远景要求。分析了燃气涡轮发动机在效率和外形尺寸等方面的优劣势,提出采用复合式自由活塞发动机来作为机车远景动力装置。

火箭基组合循环(RBCC)推进系统概念设计模型

简述了火箭基组合循环 (RBCC)推进系统及相应概念设计模型的发展与不足 ,并应用准一维流动理论及化学反应动力学理论建立了RBCC一维性能预估数学模型。该模型耦合了有限化学反应速率模型 ,考虑了包括变几何截面积、引射流动、燃料喷注、混合、燃烧及摩擦损失等多种影响流动的因素 ,并采用变步长半隐式多步龙格 库塔方法进行了数值求解。

一次火箭参数对RBCC引射模态性能的影响

应用经过校验的三维湍流有限体积数值算法,对引射模态下RBCC模型不同一次引射火箭结构和工作参数条件下的多种工作状态进行了模拟。结果发现:提高一次火箭燃烧室工作压强,二次流量增加,系统推力增加,混合效果增强;一次火箭喷管形状直接影响引射掺混效果,但在保证足够一次流量的前提下,方形管道中可以使用锥形一次喷管,不会带来性能上的较大差异;一次火箭喷管数目增加,掺混质量提高;一次喷管扩张半角的改变不会影响二次引入流量,但会影响掺混效果和一次火箭自身推力;一次喷管面积膨胀比的变化,不会影响二次引入流量,但会改变混合效果。

组合动力:现状、问题与对策

介绍了火箭/冲压、预冷空气涡轮火箭、空气涡轮火箭等组合发动机研究的现状及面临的技术问题,提出了后续发展策略。火箭/冲压组合发动机近期宜解决中等尺度、火箭/高马赫数冲压组合的研制与应用问题;加快1.8~7.0 Ma段燃烧、热防、推进剂供应与控制、结构一体化关键技术攻关;深入评估0~1.8 Ma段多种技术方案及工程方案的可行性。预冷空气涡轮火箭是水平起降、两级入轨航天运输系统之一级最具竞争力的发动机,应加快关键技术攻关进程,持续系统优化和工程化研究。空气涡轮火箭发动机需围绕高速飞行器对动力的需求,加快推进剂、大范围可调燃气发生器及控制等方面研究工作。组合发动机研发需要在研究思路、关键技术研究途径及方法方面持续创新。