飞机进气道/发动机台架联合试验及匹配特性研究

为了确定发动机地面装机条件下的进气畸变大小,对1种全尺寸进气道与发动机地面台架开展进发联合试验研究。试验速度条件为飞机静止状态,对应飞机迎角为0°,马赫数为0。参试进气道为2元外压式超声速进气道,参试发动机为大推力双转子带加力涡轮风扇发动机。采用地面台架联合试车的方法,获得了不同进气道条件下的进发匹配特性数据,包括在发动机不同工作转速下进气道出口流场的稳态总压特性、动态畸变特性等参数,并与进气道缩比模型风洞试验结果进行了对比分析。结果表明:全尺寸进气道的出口畸变随发动机空气流量增加而增大,与风洞试验结果一致,但防护网对于畸变的影响效果相反。

一种进气道/发动机地面匹配试验方法

为了在单发试验架上模拟单发停车与双发正常工作情况下的进/发匹配安全性,提出了一种进气道/发动机地面匹配试验方法。结果表明:在单发试验台架上,通过在进气道入口前飞机对称面位置加装隔板及取消隔板实现单发停车及双发工作状态的模拟,并根据对地面抽吸试验与缩比模型风洞试验进气道出口性能及总压恢复系数图谱的对比,证明加装隔板及取消隔板模拟双发工作与单发停车状态的合理性;根据流量标定试验结果,对抽吸试验进气道出口参数进行修正,获取全尺寸进气道更加精确的性能,并与缩比模型风洞试验结果对比,全尺寸进气道性能优于缩比模型风洞试验结果;通过发动机地面开车,有效模拟了双发工作与单发停车条件下发动机不同转速及加减速过程中的进发匹配特性,确保了飞机滑行及试飞安全。

某型飞机进气道对发动机性能和台架点的影响

对某双转子涡喷发动机装与不装飞机进气道进行了台架对比实验 ,测量了发动机的状态参数和进口压力场。根据实验结果 ,分析了飞机进气道引起发动机的进气畸变和对发动机台架性能及台架点的影响 ,并讨论了造成变化的原因。实验结果对于正确使用该类型双转子涡喷发动机具有重要的现实意义。

地面试验中的超燃冲压发动机特性分析

直连式试验和自由射流试验是冲压发动机开展地面模拟试验验证过程中最为普遍的两类试验。通过对比两类试验对来流条件的实现情况,说明加热器工作参数和来流组分等模拟要素符合试验要求,在此基础上分析同款超燃冲压发动机的直连式和自由射流试验结果,并结合仿真分析结果开展论述。结果表明:针对相近试验工况,两类试验中进气道流动形态一致性较好;进发匹配工作特性方面,自由射流试验中的结尾激波位置普遍靠后,其安全工作裕度高于直连式试验;在直连式试验中,基于沿程静压测值方法得到的发动机比冲与自由射流试验台测得的发动机比冲接近。

航空发动机进发匹配优化研究

为降低进气压力畸变对发动机的需用稳定裕度需求,分别从发动机和进气道2个方面开展优化匹配研究。在发动机方面,通过降低转速的方式来降低进气畸变,评估结果表明:采用该方案对发动机剩余裕度增大效果不明显。在进气道方面,局部优化进气道防护网结构,经过进发联合试验验证表明:采用该措施可降低进气压力畸变相对量20.4%~32.6%。经过发动机逼喘试验验证,畸变改善效果显著,大大降低了发动机喘振概率,可在现役飞机进气道上推广使用。

2元超声速混压式进气道的设计及进-发匹配分析

为了更好解决航空发动机进气道的设计和匹配问题,应用多目标遗传算法进行2元超声速混压式进气道的优化设计。以流场数值计算结果为基础,分析了该进气道在不同来流马赫数、背压条件下的工作状态和流场特性,并得出该不可调2元超声速混压式进气道在不同来流马赫数下对流量系数φ的特性曲线图,将其特性数据导入某型涡轮喷气发动机的总体计算程序中,完成了进-发匹配分析,同时给出了进-发匹配规律。结果表明:不可调2元超声速混压式进气道在设计点具有较好的匹配性能,但具有良好匹配特性的工作范围有限。

亚声速无人机背部S弯进气道设计与试验

为了优化亚声速无人机进气道的性能,完成了1种背部S弯进气道设计。通过合理控制中心线形状和截面积变化率完成了内型面设计,利用内、外流场耦合仿真得到了该进气道的最佳工作点和速度、迎角、侧滑角特性。数值仿真结果表明:总压恢复系数达到0.97以上。利用试制的玻璃纤维进气道与发动机进行了地面静止吸气状态下的匹配试验,试验结果表明:在地面静止吸气状态下发动机稳定工作裕度和熄火特性均满足设计要求,推力损失小于0.032。

燃气涡轮发动机的进口总压畸变评定技术

本文在综合国外进气道／发动机相容性研究沿革的基础上，介绍了美国自动车工程学会宇船推进分会S－16技术委员会（SAES－16）颁布的“燃气涡轮发动机总压畸变评定方法”（AIR1419）和“燃气涡轮发动机进口流场畸变指南”（ARP1420）的主要内容，重点论述进口畸变下发动机稳定性和性能的评定方法及其试验研究。

弹用高亚音速S形进气道设计和试验研究

简要介绍弹用涡轮喷气发动机的一系列高亚音速Ｓ形进气道气动设计和试验研究结果，并提出了关于高亚音速Ｓ形进气道在弹上的位置、进气道长度、进口形状、进口面积、内外唇口以及Ｓ形通道型面等设计的基本准则。通过风洞模型试验和发动机／进气道匹配试验，发现不同弹体布局对进气道性能的影响。借助激光技术观察并记录了弹体涡在一定攻角情况下进入Ｓ形腹部进气道的现象，与其它测试结果相配合，证实了弹体涡、弹翼波以及附面层的互相干扰对进气道性能影响的严重性。

小型推进系统进发匹配高速风洞特种试验技术研究

为检验弹类等小型飞行器推进系统的进气道与发动机工作匹配特性,在暂冲式高速风洞研制了适于小型推进系统进发匹配测试的特种试验技术。研究分析了小型推进系统进发匹配高速风洞试验模型和支撑系统气动和结构问题,给出了试验方案与试验流程,解决了环境污染、试验安全性、模型热防护等关键技术问题。试验表明利用现有暂冲式风洞,能够在地面试验阶段解决小型推进系统进发匹配问题,实现发动机高空试验台或推进风洞的进发匹配试验功能,能为小型推进系统在模拟外流条件下的进发匹配测试提供良好的试验环境,具有工程应用价值。

高性能歼击机进气道进口流场的数值模拟

应用数值模拟技术,采用“模拟前机身”的方法,把模拟对象按某种规律在长度方向上缩短1/2后,可将模拟流场与基准流场间的参数差控制在10％左右,吸除边界层后,可直接使用三维Euler法来判断机身缩短后的影响,而不必求解雷诺平均薄层N-S方程组。理论研究业已证明,用此方法,可在较小尺寸的自由射流式超音速风洞中开展带有飞机前部纵面的进气道/前机身组合大模型的实验研究,从而解决了进/发匹配课题中的一大技术关键。

一种新型动态畸变模拟器数值模拟及试验测量研究

为了更准确地模拟真实进气道出口畸变,更好地评估进发匹配性能,设计了一种新型动态畸变模拟器,其主要利用扰流柱产生流向涡团,形成总压与旋流复合畸变,并利用外部射流形成畸变流场的动态变化。数值模拟结果表明:无射流工况下,模拟器下游可以产生总压与旋流复合畸变流场,畸变有一定的脉动程度;定常射流工况下,时均流场畸变程度增强,但畸变脉动程度降低,流场接近稳态;给定非定常射流后,畸变脉动程度显著增强,总压和旋流畸变指数均有剧烈波动,其中总压畸变指数标准差达到0.089,旋流畸变指数标准差达到0.077。试验测量结果表明:随着进口马赫数增加,非定常射流工况下紊流度占比达到41%~56%,综合畸变指数达到10%以上,满足实际工程中进发匹配试验对进气畸变的要求。

高空射流核心区控制的数值分析与试验验证

为研究高空射流核心区的变化规律,分析了不同模拟马赫数/高度状态下高空射流核心区的物理本质和影响因素。通过理论分析和CFD计算确定了建立自由射流试验需满足的进排气条件,获得了亚声速下喷管出口的核心区角度、超声速下不同马赫数典型流态的临界压比及其随喷管设计马赫数的变化趋势,以及自由射流试验中压力和马赫数等参数的模拟偏差对核心区的影响规律。最后,利用自由射流高空模拟试验验证了理论分析的正确性,为自由射流高空模拟试验研究提供了技术参考。

畸变流场的模拟装置及其选型

本文初步总结了国内外进气道－发动机匹配试验研究所用的几种进气道出口畸变流场模型装置的性能和使用经验，并根据我国当前的研究状况，提出了优先选用轴对称随机频率发生器作为在高空模拟试验台上进行进气道－发动机匹配试验研究的进气道出口总压畸变流场模拟装置和建议。