航空工程科技未来20年发展战略研究

在航空强国建设稳步推进的背景下,航空工程科技涉及专业领域多、技术风险高、资金投入大、发展周期长,需要制定长期、稳定的发展战略,才能集中力量突破航空工程科技的关键核心技术,实现航空工业的可持续发展。本文从民用飞机、航空动力、机载系统、空管系统4个方面出发,总结了世界航空工程科技发展态势,梳理了我国航空工程科技发展现状;识别出基础研究及技术储备、系统集成与产品体系研究、航空动力技术、机载系统研发及试验、航空维修能力、工业软件及基础元器件等方面的不足。在此基础上,论证提出了未来20年我国航空工程科技发展构想,着重阐述了超声速客机、高速旋翼机、新能源飞机、混合电推进系统、新一代空管技术、智能化客机技术、全复合材料航空发动机技术、复合材料智能修复技术等未来项目部署的重点方向。研究建议,将航空强国建设列入国家中长期战略规划,强化科技创新体系建设,加强跨领域协作,注重国际合作,精准支撑未来20年航空工程科技发展。

俄罗斯PD-14发动机项目发展及启示

简述了俄罗斯新一代民用航空发动机PD-14的研制背景,分析了该发动机项目的研制特点,介绍了发动机的结构设计思路和项目进展,总结了项目研制面临的困难和风险。探讨了该项目对我国民用航空发动机研制的启示:我国发展民用航空发动机产业,可借鉴PD-14发动机项目发展的有益经验,根据我国自身情况,找准市场定位、明确发展目标,加大国家预算经费投入和政策扶持力度,建立自己的设计研发体系,加强技术攻关与积累,寻找符合我国国情的发展民用航空发动机产业的突破口和创新点。

基于系统工程理论的军民机适航管理差异性分析

为科学梳理出军民机适航管理的差异性,提高军民机适航安全性,创新性地应用系统工程理论中的输入-流程-输出(input-process-output,IPO)模型,将适航管理作为系统工程的一个管理流程,建立基于系统工程理论的适航管理流程IPO模型。利用适航管理流程IPO模型的输入、输出、使能项、控制项、活动5个要素分别开展军民机适航管理差异性分析。军民机适航管理相同点在于两者都是以保障航空发动机的安全性为目标的一种全方位、全过程的过程控制管理。不同点在于安全性目标、管理机构、依据标准/法规体系、标准/法规的可裁剪性、派驻和分工方式、监管方式等方面的管理程度、强制程度不同。分析了军机适航管理和民机适航管理存在的具体区别,并为后续军民机适航管理的发展提供参考意见。

民用航空发动机部件流体敏感性试验方法研究

针对民用航空发动机部件的流体敏感性适航性试验验证需求,通过研究流体敏感性试验方法标准,并结合发动机部件在各种流体污染环境下的暴露情况,对试验流体和试验程序的选择、试验温度、试验持续时间、流体施加部位、多种污染流体试验和材料试样的使用等试验要点逐一进行了分析,并提出了建议。

新时期我国民用航空发动机自主发展战略研究

民用航空发动机是现代工业的科技高地、综合国力的象征,是我国构建“双循环”新发展格局的重要装备领域;我国相关行业起步较晚,正处于加速发展的关键时期,探讨民用航空发动机自主发展战略路径对推动交通强国、制造强国、航空强国建设具有重要价值。本文着眼民用航空发动机高质量自主发展,结合实地调研及深化研讨成果,系统梳理民用航空发动机的国际发展经验,分析我国民用航空发动机发展态势,识别内外部环境变化并洞察市场需求,凝练行业发展面临的迫切问题。针对“双循环”格局下民用航空发动机自主发展的“三步走”目标,论证提出了产业发展路径,即增强国内大循环内生动力和可靠性、提升产业链供应链韧性、形成“双循环”发展格局。研究建议,统筹布局未来绿色动力研发、构建飞发协调机制、加快形成多元支持模式、加强政策引导和支持,促进民用航空发动机产业稳健发展。

一起CFM56-5型发动机风扇叶片外来物损伤分析

某飞机CFM56-5型发动机的一片风扇叶片断成4段,通过宏观形貌观察、断口分析、成分分析、硬度测试及显微组织等观察分析方法,分析了风扇叶片的断裂原因。风扇叶片从叶身上部凸台下侧10cm的叶片后缘位置萌生疲劳裂纹,然后向叶片前缘扩展,叶片的疲劳裂纹起源于外来物击伤处。成分分析表明,可能被含Fe元素的外来物击伤。通过成分对比分析自锁螺母断裂特征,基本可排除前消音板自锁螺母松动脱出击伤风扇叶片的可能性。

基于性能状态的民航发动机送修目标确定方法

为了科学合理地制定民航发动机的维修工作范围,提出一种面向全寿命周期的基于性能状态的发动机送修目标确定方法。研究了发动机性能衰退模型及性能恢复值与维修成本之间的关系。建立了面向全寿命周期的基于性能状态的送修多目标优化模型,并提出了模型求解方法。采用某航空公司的实际数据对提出的方法进行了验证。结果表明提出的方法是有效的,能够为发动机送修目标的确定提供决策支持,避免了送修目标确定的随意性。

开式转子发动机对转桨扇性能建模研究

对转桨扇开式转子发动机性能计算的难点在于对转桨扇部件的性能计算。传统方法是将对转桨扇简化处理为涡轮螺桨进行计算,但精度较低。本文基于传统涡轮螺桨性能模拟方法,考虑前排桨扇出口气流对后排桨扇的影响,对前、后排桨扇进行独立建模,建立了开式转子发动机对转桨扇部件级性能计算模型,并使用美国NASA风洞试验数据进行验证。结果表明,对转桨扇性能模型计算精度较高,采用此模型可较准确地模拟不同设计参数和不同控制规律下的对转桨扇性能,并评估其对开式转子发动机总体性能的影响。

民用发动机污染排放及低污染燃烧技术发展趋势

针对民用发动机污染排放的现状,介绍了低污染燃烧技术发展概况及趋势,国际民航组织(ICAO)颁布的《航空发动机的排放》标准,以及中国民用航空局(CAAC)对排气污染物的规定,分析了排气污染物的生成机理和主要影响因素以及改善措施.对6种先进低污染燃烧室(分级、变几何、催化、贫油预混预蒸发燃烧室(LPP)、富油燃烧/淬熄/贫油燃烧技术(RQL)以及双环预混旋流(TAPS)等燃烧室)的工作原理与特点、以及应用状况作了简要分析.其中分级燃烧技术构成了先进低污染燃烧室设计的技术基础,而LPP,RQL与TAPS燃烧室为三种很有发展前途的低污染燃烧室.此外,还介绍了贫油直接喷射、燃料电池以及主动燃烧控制等三种新型的低污染燃烧技术,虽然实现这些技术难度较大,但有广阔的应用前景.

一种贫油燃烧室进口温度和压力对污染物排放影响的试验研究

以一种中心分级的贫油预混预蒸发单头部燃烧室为研究对象,通过模拟不同燃烧室进口温度和压力,研究其对污染物排放的影响。结果表明,燃烧室进口温度和压力升高对CO、UHC的生成影响相对较小,但对NOx的生成影响很大。通过对排放数据的最佳拟合,得到了NOx发散指数与进口温度和压力之间的预估关系式,并利用已有的单头部燃烧室返场与巡航状态及三头部扇形燃烧室爬升与起飞状态的NOx排放试验数据,对其进行了验证。

HF120涡扇发动机研制及成功经验

HF120发动机是GE本田航空发动机公司(GE-Honda)针对轻型/超轻型公务机和私人喷气机研制的小型涡扇发动机,额定推力为912 daN。因其具有优异的性能品质和环境品质以及高的技术成熟度,已被选择用于本田飞机公司的Honda Jet轻型飞机及Spectrum航空技术公司的Freedom公务机。HF120发动机的成功经验表明,航空发动机公司合作必须具有明确的发展目标、准确的产品定位和大量的技术储备。我国发展民用航空发动机的策略,必须借鉴国外先进民用发动机的研制经验,注重基础研究和设计体系建设,走核心机和验证机的发展道路,提高设计水平和自主创新能力。同时,也要从我国的国情出发,遵循有限目标及重点突破的原则。只有这样才能研制出具有国际竞争力的先进民用航空发动机。

民用航空发动机性能维持清洗方法研究

民用航空发动机部件在使用中不可避免的退化是导致其整机性能衰减的最主要因素。本文阐述了引发发动机机械部件退化的多种机制及其各自对发动机性能产生的影响。发动机清洗作为一种最为经济、有效的性能维持方法,已被业界广泛采用,各种可能提高发动机清洗效率的设计相继应用于民用航空发动机的性能维护中。

民用航空发动机持续转动适航要求研究

中国民用航空规章CCAR 25-R4《运输类飞机适航标准》要求航空发动机的持续转动不会危及飞行安全。围绕25.903(c)款并对比33.74条和33.92条,从条款的内容、制定背景、修订原因以及技术内涵四个方面全面分析了适航审定对航空发动机持续转动的要求。从发动机合格审定和飞机合格审定两个角度分析了适航符合性验证的基本内容,为工业方理解适航条款提供参考,为局方开展型号合格审定工作提供支持。

基于小波分析的水洗对民航发动机拆发间隔的影响

为准确预测民航发动机水洗对拆发间隔的影响,以CFM56-7B型发动机为例,选择水洗前、后EGTM(排气温度裕度)数据建立EGTM的衰退模型,利用小波去噪与傅里叶回归分析相结合的方法对数据进行处理,并对拆发间隔做出预测,同时与线性回归模型的效果进行对比。结果表明,小波分析在数据处理方面效果最优,利用傅里叶回归对排气温度裕度衰退率做出较为准确的预测,为判断水洗对拆发间隔的影响提供了理论依据。

随机共振在民航发动机转子振动中的应用研究

为有效降低航空发动机转子噪声对民航发动机转子振动信号提取的干扰,提高转子振动信号提取的准确性,将随机共振用于转子振动信号的处理。随机共振是一种在非线性系统中噪声对目标信号起促进作用的反直观现象。首先介绍双稳随机共振的基本原理及其数学模型,再对某型民航发动机转子振动监测数据进行随机共振数值仿真。仿真结果表明,改进方法能有效提取发动机转子振动信号,并在强噪声条件下的转子振动信号提取中具有突出优势,且能监测到振动数据采集时的短时失效现象,较好地反应了转子的真实振动情况。

民用航空发动机热防护专题化教学改革与实践

采用专题化教学模式对民航特色课程——《民用航空发动机热防护》进行了教学改革。在理顺课程知识点内在关联的前提下将授课内容按照"基础—技术—应用—拓展"的主线进行了模块化划分,并在此基础上进一步细化为"航空发动机中的传热"等14个专题。教学实践发现,专题化教学模式提高了学生对航空燃气涡轮发动机传热与冷却理论掌握的深入程度,提升了学生应用理论知识分析和解决实际工程问题的能力。

民用涡扇发动机多变量增广LQR控制器设计

针对民用涡扇发动机设计多变量控制器,提出将多变量增广LQR控制算法引入到民用涡扇发动机的方法。将发动机控制量作为增广的状态向量引入LQR算法设计,并根据控制系统回路的性能需求,设计期望动态响应曲线;期望动态响应与实际动态响应的差值范数作为优化目标用来调整、确定LQR控制算法的权阵取值;设计的控制器与民用涡扇发动机非线性模型仿真验证。结果表明,多变量增广LQR控制器满足民用涡扇发动机的控制需求。

民用航空发动机振动监测方法研究

对民用航空发动机振动监测原理、监测算法和发动机振动位移量到飞机振动单位的转换关系进行了系统研究。并在此基础上,结合民用航空发动机典型的叶片磨损问题,分析了发动机振动值随不同叶片磨损程度的变化趋势;给出了发动机振动检查程序,便于在飞机地面维护和飞行过程中提早发现发动机存在的结构故障,保障飞行安全。本文结合发动机振动特点提出的工程检测方法,具有一定的工程使用价值和参考意义。

民用航空发动机水洗效果量化评价方法

为了掌握水洗对民用航空发动机性能的改善效果,实现从定时水洗向视情水洗的转变,并为航空公司评估节能减排工作成效提供支持,提出一种发动机水洗效果量化评价方法。该方法选择延长在翼时间和节省燃油量作为评价发动机水洗效果的两个主要指标,给出评价指标的计算方法;建立基于成本的发动机水洗效果评价模型,基于该模型对水洗效果进行评价;采用某台水洗后发动机的实际数据对所提出的方法进行验证。最后,基于所提方法开发发动机水洗管理系统。结果表明:所提方法能够实现发动机水洗效果的定量评价,为视情水洗的实现和航空公司评估节能减排工作成效提供支持。

基于非线性能量阱的双频激励非线性系统减振

针对某型民用航空发动机双频带激励特点,建立了单自由度线性振子耦合非线性能量阱(nonlinear energy sink,NES)的动力学模型.根据典型双转子发动机在巡航状态下低、高特征频率比(1∶4.74),为系统设定双频带简谐外激励.利用四阶Runge-Kutta算法,研究了耦合NES振子时系统的振动抑制特征,并从外激励频率对系统主振子动能、系统总体能量的影响等方面,与未耦合NES系统、耦合线性动力吸振器两种情况下的数值计算结果进行对比分析.研究结果表明NES对双频带外激励具有更好的振动抑制效果。