基于飞机/发动机性能一体化的发动机控制规律优化设计方法研究

针对发动机控制规律的选取对飞机/发动机性能一体化设计的影响,基于飞机/发动机性能一体化设计方法,开展了发动机控制规律优化设计方法研究。从先进战斗机飞行任务出发,开展了飞机/发动机性能一体化设计方法研究,进行约束分析和任务分析,以起飞总重最低为目标优选飞机/发动机设计方案,验证了设计方法的合理性。采用飞机/发动机性能一体化设计方法,分别研究了不同节流比和不同控制规律设计对飞机/发动机性能一体化设计的影响。研究表明:在飞机/发动机性能一体化设计过程中,采用合理的发动机最大状态控制规律同时选取恰当的发动机节流比,可以有效扩大约束可行域,同时能够降低发动机的燃油消耗量,降低飞机起飞总重。

飞机发动机一体化热管理系统建模与性能研究

面对具有大幅变化范围的飞行器飞行条件,飞机和发动机热载荷也在随之发生剧烈变化,飞机/发动机如何有效解决宽范围下热载荷散热问题变得尤为突出。设计了基于闭式空气循环、燃油热管理系统以及装备蓄冷油箱的三涵道发动机的飞机发动机一体化热管理系统,并对此系统进行建模和数值仿真分析。分别建立一体化热管理系统在亚音速巡航、加速爬升和超音速巡航状态下的调控方案和热沉组合形式。三涵道模式给一体化热管理系统带来散热能力的提升。加速爬升和超音速巡航状态下,蓄冷油箱在严苛的飞行状态下能有效缓解单一燃油热沉在热管理系统中散热能力的局限性,提升热管理系统散热能力,保障飞行器安全可靠地工作。

组合循环发动机飞机/发动机性能一体化分析

采用飞机/发动机一体化分析方法,开展了两种典型组合循环发动机方案(方案一为涡轮/亚燃冲压/双模态超燃冲压组合发动机,方案二为涡轮/引射冲压/双模态超燃冲压组合发动机)总体性能对比研究。基于给定的马赫数为6.5巡航的高超声速飞行器的飞行任务需求,进行了约束分析与任务分析,优选出满足约束条件下的飞行器起飞推质比和机翼载荷,得到了相应的飞行器起飞总质量和海平面起飞推力,并进行了两种方案的对比研究。结果表明:在完成相同的飞行任务下,方案一的起飞总质量与方案二相当,前者比后者减小了2.6%;方案一的起飞推力比方案二高出10.3%;基于涡轮发动机水平,方案一和方案二分别需要采用两台海平面起飞推力为129kN和119kN量级的涡轮发动机。此外,飞行器起飞总质量随巡航距离增加而显著增加,巡航距离为4 000km时,两种方案的起飞总质量将达到85t左右。

运输类飞机/发动机干扰流场纵、横向一体化数值分析

发展了一种计及粘性效应的运输类飞机 /发动机气动干扰纵、横向影响的一体化数值分析方法。采用多块网格技术及求解椭圆型偏微分方程方法生成贴体、与边界正交的多块对接网格。对全机 /发动机复杂外形的纵、横向绕流流场进行分区求解。利用 Euler方程和可压缩湍流边界层积分方程 ,研究翼面有粘与无粘强干扰流动。计算结果表明 ,无论对带翼吊还是尾吊发动机的全机构型 ,均获得了与实验值吻合良好的结果。

飞/发性能一体化技术在航空发动机设计中的应用

分析了国内外飞/发性能一体化设计技术的发展,中国现处于飞机和发动机双方通过协调确定各自技术状态阶段,尚未开展系统一体化设计。详细阐述了前机身、进气道与发动机在流场、流量及隐身性能,发动机尾喷管与飞机后机身在安装性能、隐身性能,飞机功率提取、环控引气与飞/发性能、稳定性等一体化设计技术的研究内容。详细分析了在航空发动机研制中应用飞/发性能一体化技术的主要关注点,并指出了飞/发一体化设计技术推广应用的方向。

飞机发动机一体化设计及性能研究

随着科学技术的飞速发展,大量的高科技技术应用于实际的飞机发动机上,提升整个飞机飞行的稳定性以及安全性,同时也增加了整个飞机的客运量。近年来随着经济的全球化,各个国家之间的货运量正在不断上涨,提高飞机发动机一体化设计水平具有十分重要的意义。本文针对飞机发动机一体化设计建模分析思路研究、飞机发动机性能一体化设计分析、基于飞机发动机性能一体化的发动机控制规律优化设计几个方面进行了详细阐述,为实际的飞机发动机一体化设计及性能提高提供一定的工程参考价值。

飞机发动机一体化设计课程的研究型教学模式探索

我国航空发动机技术与欧美等航空强国尚存在较大差距,培养高质量专业队伍是缩小差距的重要途径。飞机/发动机一体化设计要在飞行器总体性能最优前提下进行飞机和动力系统的匹配设计,兼具基础性和前沿性两大特点,非常适合开展研究型教学模式。为此,该文在国内几大航空院校课程体系调研的基础上,重点阐述了飞机/发动机一体化设计课程研究型教学模式的重要性、必要性和迫切性,并进行了研究型教学模式的初步探索尝试。

基于樽海鞘群极限学习机的进/发一体化性能寻优控制模型研究

为充分发挥航空推进系统的性能,提高性能寻优控制的实时性,将樽海鞘群算法(SSA)与极限学习机(ELM)相结合,基于进/发一体化部件级模型建立数据集,提出一种基于SSA-ELM的数据驱动模型。将该建模方法与广义回归神经网络(GRNN)、BP神经网络(BPNN)和极限学习机(ELM)比较,结果表明,相比于BPNN,ELM,GRNN,SSA-ELM用于预测可以使安装推力的均方根误差(RMSE)分别降低7.41%,17.01%,72.57%,安装油耗的RMSE分别降低4.32%,19.41%,66.77%,具有更高的预测精度。将基于SSA-ELM的数据驱动模型作为机载模型应用到性能寻优控制,结果表明,该机载模型能够维持理想的寻优效果。针对最大安装推力模式开展实时性分析,该机载模型相比于进/发一体化部件级模型,平均计算时间由184.05 ms缩短至1.357 ms,实时性得到显著改善,大大提高了寻优效率。

基于飞/发性能一体化快速迭代的循环参数匹配

针对150 kN级大涵道比涡扇发动机总体性能参数匹配设计问题,以A340-300飞机对发动机的任务需求为例,采用基于飞/发性能一体化快速迭代优化方法,将飞机/发动机一体化设计与发动机总体性能优化设计进行耦合迭代,对多约束条件下的大涵道比涡扇发动机总体性能方案进行优化设计。结果表明:在保证发动机满足飞机任务需求和任务载荷要求,以及发动机尺寸、质量、污染排放要求等约束条件下,飞机的最大起飞质量较初始方案减轻约14.33%,较A340-300飞机的最大起飞质量减轻约8%~9%;燃油消耗量较初始方案减少约20.6%;在保证发动机与飞机良好匹配性的前提下,通过飞发优化迭代使发动机和飞机的设计难度都有一定程度地降低。采用的研究思路与方法是合理、可行的,具有工程实用价值。

航空发动机推力变化对飞机基本性能影响的敏感性分析

通过给定航空发动机非安装特性和飞机基本气动特性,建立了用于计算发动机安装推力和飞机基本飞行性能的数学模型,并进行了发动机推力变化对飞机基本飞行性能影响的敏感性分析。分析结果表明,发动机推力变化对飞机最小平飞马赫数影响的敏感度很小,对最大爬升率影响的敏感度较大,对飞机最大平飞马赫数和实用升限的影响由发动机的具体状态和推力变化趋势决定。

激波引燃冲压发动机一体化流场数值模拟

激波引燃冲压发动机是一种采用爆轰形式组织燃烧的吸气式高超声速飞行器动力系统。采用AUSMPW+迎风格式、氢氧7组分8步基于反应模型,在非结构网格离散域上求解二维多组分化学非平衡流Euler方程。采用发展的数值方法求解了激波引燃冲压发动机内外一体化流场,研究了台阶长度、斜劈尖角度对发动机流场结构和发动机性能参数的影响规律。计算结果表明,所发展的数值方法能用于激波引燃冲压发动机的一体化流场和性能预示计算;台阶长度和斜劈尖角度影响发动机流场结构和预混气体能量释放程度。推力和燃料比冲均随台阶长度的增大而增大,随斜劈尖角度的增大而减少。

飞机起飞性能计算中发动机推力确定方法的改进

为准确计算飞机起飞滑跑距离和起飞航迹,应用数值插值方法,对起飞性能计算中发动机推力的确定方法进行了改进,提出以发动机推力曲线图所给推力为基础,利用分片双二次插值函数法确定发动机推力。基于改进算法对某型飞机发动机推力和起飞航迹进行了实际计算,计算结果表明,改进后的方法比原有方法更准确。

军用飞机、发动机战技性能评估研究

飞机、发动机战技性能的评估,无论对于改型论证工作,或者对于新机论证和初步设计都有极其重要的意义。本文介绍了由北航研究发展的飞机/发动机一体化评估系统(简称为AEAS),以及利用AEAS对军用飞机/发动机(涡喷或涡扇发动机)组合方案战技性能评估研究的一些结果。还讨论了利用AEAS具有的优选功能,根据飞机飞行任务和战技性能要求,分别或同时对飞机/发动机系统主要设计变量(如飞机起飞推重比,翼载,机翼外形几何参数和发动机循环参数等)的各种组合进行优选,求得最佳方案的算例。使用AEAS的初步经验表明,计算结果合理,计算精度和所需CPU时间适合于飞机/发动机系统方案论证和初步设计阶段工作的需要。

增强飞机和航空发动机零件抗疲劳性能的激光喷丸工艺

介绍了激光喷丸工艺的工作原理、发展历程、适用范围等,并简要介绍了国内激光喷丸技术的研究现状。

CFD技术在飞机和发动机一体化设计中的应用探讨

在运输机型号设计实践中,飞机机体和发动机之间存在着干扰问题,有时会严重影响飞机的气动特性。本文从飞机和发动机一体化设计需求出发,对飞机机体和发动机一体化设计中对 CFD 技术的应用和需求进行探讨。

涡轮风扇发动机飞机性能换算方法研究

利用因次分析的方法，推导出了涡轮风扇发动机的换算参数，由此得出了涡轮风扇发动机飞机性能换算的基本准则及换算参数，即涡轮风扇发动机飞机的运动相似条件，并给出了部分换算公式。以此为基础，可以将实际条件下得到的涡轮风扇发动机飞机的性能参数换算到标准条件。经某型飞机的试飞证明，该换算方法正确，结果可靠，完全能够为飞机定型及性能比较提供依据。

民用飞机发动机空气起动系统性能设计及集成方法研究

空气起动系统作为目前应用最为广泛的大型民用飞机发动机起动机辅助起动方式,其性能设计及集成已经成为飞机与发动机集成设计中十分重要的环节。相关设计指标直接影响飞机的适航取证以及运营后的可派遣机场以及可执飞航线等。本文通过研究相关适航文件、工业标准,并结合国内某大型民用干线客机的设计经验,总结了民用飞机发动机空气起动系统性能设计及集成方法,对我国民用飞机发动机空气起动系统的性能设计及集成具有重要的参考价值。

变循环发动机对飞机飞行性能影响研究

将飞机气动特性、发动机性能以及进/排气系统安装损失等模块集成为飞机/发动机一体化计算模型。对比分析了带CDFS的双外涵变循环发动机(CDFS VCE)、带FLADE的双外涵变循环发动机(FLADE VCE),以及同时带FLADE和CDFS的三外涵变循环发动机(ACE)和混排涡扇发动机(MFTF)装于不加力超声速巡航战斗机的飞行性能。结果表明,相比于MFTF,安装VCE后,飞机的起飞重量减少3%～4%,且FLADE VCE的性能最佳,ACE次之,CDFS VCE再次之。在亚声速巡航状态,VCE进/排气系统的安装阻力较MFTF显著降低,安装耗油率降低2%～3%;在超声速巡航或超声速盘旋阶段,VCE的性能优势不甚明显。

飞机与发动机性能匹配分析

为了在设计初期快速实现飞/机发动机一体化设计,确定1套系统的飞机/发动机性能匹配方法和流程,开发飞机/发动机性能匹配计算程序,对某型飞机/新研发动机性能匹配特性进行分析。根据确定的新研发动机方案,针对新研发动机/原喷管性能匹配问题进行计算分析。结果表明:通过研究分析为新研发动机设计提供了牵引性设计指标,确定了发动机循环参数,可为后续方案的迭代和优化提供借鉴。

尾吊布局民机机体和发动机一体化设计对发动机短舱安装位置的设计要求和设计方法

引言 作为一项民用飞机气动研究项目,飞机机体和发动机一体化设计的一个重要组成部分是设计要求和设计方法的研究,本文依据作者在飞机机体和发动机一体化设计计算研究中的体会,结合国外发动机公司在这方面的经验,总结了尾吊布局民机机体和发动机一体化设计要求.