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变循环发动机概念的提出可以追溯到20世纪60年代,随着涡轮风扇发动机的问世,它优越的亚音速性能,高的推进效率,使得发动机设计师不断地追求更大涵道比的发动机。在超音速飞行状态,由于大涵道比的涡扇发动机耗油率明显高于等推力级的小涵道比涡扇发动机,因此限制了超音速飞机发动机涵道比的进一步增加,为了使航空发动机在亚音速和超音速状态下都具有较好的性能,国外航空发动机科学家提出了变几何和变循环发动机思想。
变循环发动机的优点就是在宽广的飞行包线内,都能保持很好的效率和较低的耗油率,可以看作将亚音速性能很好的大涵道比涡扇与超音速性能很好的小涵道比涡扇、涡喷取各自优点,结合成一台发动机。实践证明,变循环发动机技术以其内在的性能优势,能够满足强大的军事需求,并显示出巨大的应用发展潜力,已经受到各航空强国的重视、是航空动力主流的研究方向。
特别是在先进战斗机研究方面,自20世纪60年代以来,战斗机一方面朝着多用途方向发展;另一方面,飞机的飞行包线不断扩大,特别是在20世纪80年代后,人们更加重视飞机机体/推进系统一体化设计,由于变循环发动机在满足上述指标方面的优势尤为明显,于是,对军用战斗机的变循环发动机研究逐步开展起来。国外最早的变循环发动机是美国20世纪60年代初在SR-71“黑鸟”上使用的J58发动机,该发动机可在涡喷发动机模式和冲压发动机模式之间转换。
迄今,变循环发动机技术已有50年的探索研究与发展历程。国外各大航空发动机公司,如英国的罗·罗公司,法国的SNECMA公司、日本的工业科学与技术研究所和美国的GE公司等,均在不断地进行变循环发动机概念设计和方案设计研究,并进行试验验证。
飞机发动机技术提升的核心在于——如何提高燃油使用效率。喷气式飞机原理是将空气吸入发动机后和燃油混合加热,而后高温高压气体向后喷出,按照牛顿第三定律,飞机就可以获得一个反推力。但这个高温高压气体本身就拥有很大的能量,也就是说,这些能量被白白浪费掉了,但有时候为了机动性则不得不这样做,以往的飞机,往往是涡喷就只能是涡喷模式工作,是涡扇就只能涡扇模式工作。而在飞机航行的整个过程中,往往有很多路程是不需要使用这种高油耗率的工作方式的。而在靠近战场时,为了接敌,则需要高速机动,为了机动空战则需要跨音速飞行模式。于是变循环发动机就是把这三种模式结合起来,合理规划,达到了最佳的使用效果。
发动机一般从前往后结构以此为进气道——压气机——燃烧室——涡轮——喷口。对应的过程是空气吸入——空气压缩增压——空气混合燃烧——带动涡轮旋转——尾部喷出做功。变循环发动机则采用涡轮风扇体制,将气流分在三个涵道,但这三个涵道可以变换大小口径,通过组合搭配成就最佳的工作模式,在需要经济巡航时,2个调节板向下调节,挡住通过燃烧室的气流,使发动机工作在螺旋桨模式,当需要进行跨音速机动时,调节板1向下,而向上,组成一个涡扇发动机。当要进行超音速巡航时,调节板1、2均向上偏,使其成为一台涡喷发动机。假如发动机使用了任务规划体制,还可以根据不同的任务使用电脑规划发动机的作用方式达到最佳作战效能。
这个措施看起来简单,但在工程上实现起来是十分难的,发动机工作在高温高压和极高转速的情况下,最好不要有任何的结构变换,否则会带来发动机部件的损伤导致发动机出现安全问题,挡板的偏移也会带来气流的瞬时畸变,导致发动机工作不稳定甚至停车。根据研制该技术的GE公司官网宣传资料,使用这一技术后,在同等燃油的情况下飞机的滞空时间可以提高50%,航程增加33%,减少25%的燃油消耗率,达到60%的燃油热吸收率。
变循环发动机是一种多设计点发动机,通过改变一些部件的几何形状、尺寸或位置,来调节其热力循环参数(如增压比、涡轮进口温度、空气流量和涵道比),改变发动机循环工作模式(高推力或低油耗)使发动机在各种飞行情况下都能工作在最佳状态。与此同时,变循环发动机能以多种模式(包括涡轮模式、涡轮风扇模式和冲压模式等)工作,因而在亚声速、跨声速、超声速和高超声速飞行状态下都具有良好的性能,在涡喷/涡扇发动机领域,变循环发动机研究的重点是改变涵道比,如发动机在爬升、加速和超声速飞行时涵道比减小,接近涡喷发动机的性能,以增大推力;在起飞和亚声速飞行时,加大涵道比,以涡扇发动机状态工作,降低耗油率和噪声。
燃气轮机由压气机、燃烧室和燃气涡轮等组成,有重型和轻型两类,轻型的就是航空发动机(航空发动机有三种:活塞式航空发动机、喷气式航空发动机、冲压式航空发动机。其中的喷气式航空发动机就是燃气涡轮发动机)。喷...
我国航空发动机研制的困难和性能差距主要体现在涡轮叶片以及涡轮盘材料和工艺两个方面。研制高性能的航空发动机本身就是一项难度极大的系统工程。这种难度首先体现在,高性能的航空发动机要求通过不断结构创新,才能...
航模发动机分电动机,甲醇内燃机,汽油内燃机,涡喷发动机。如果算上火箭模型的话,还要加上固体发动机。 电动机:电动机一般选用无刷电机,无刷电机相比有刷电机寿命更长性能更稳定。 无刷电机型号的选择: 无刷...
在未来陆、海、空、天、电多维力量和多维战场的信息化战争中,配装先进动力系统的航空武器装备是一个重要环节,是夺取制空权和决定战争胜负的决定性因素之一。传统航空涡轮发动机的热力循环特性是固定不变的,一种发动机只能在一种模式下工作,并且仅在有限的飞行范围内具有最好的性能。
航空发动机基本原理都是将燃油的能量转化为发动机的推力,而后在推动飞机前进的过程中使飞机和空气互相作用产生向上的升力将飞机拉起。从发动机出现至今,共有螺旋桨发动机、涡扇发动机、涡轮发动机、冲压发动机四种形态,这四种发动机各有特点,其中涡桨发动机依靠螺旋桨风扇的推力做功推动飞机前进,其飞行效率高,最省油,航程大,但推力却较小。涡喷发动机依靠向喷管外喷射气流做功,可以达到很大的推力,但却非常耗油。
涡扇发动机则是将二者结合起来,设置内外两个涵道,使得一部分推力来自于涡扇,一部分推力来自于喷口,这样就取得一个适中的性能,成就了其在音速边界范围内的机动性。但总的来说,为了应付空战需求,发动机需要推力更大些以完成高机动动作,为了进行更远程的打击,就需要发动机更省油,这两个矛盾的要求一直困扰着科学家。
从飞机的发展来看,因为现代战机的机载设备量急剧攀升,因此重量较以前大大增加,但发动机却只能在推力和航程中取折中,这就导致了现代飞机作战航程甚至比不上二战很多主战飞机。为了弥补这个差距,就需要进行变循环设计,让飞机在能够不同时刻工作在不同的状态。
变循环发动机技术是一项综合性较强的技术,与传统涡扇发动机相比技术跨度很大,主要表现为调节参数增加,控制规律更加复杂,对发动机可靠性、维修性也带来了挑战。由于增加了核心机驱动风扇,传力路径和整机布局也与传统发动机有很大不同,同时,对变循环的热力循环机理本身尚存在认识上的欠缺,因此,要使变循环发动机成为现实,需突破总体性能、总体结构、控制系统和机构等一系列关键技术,如变循环发动机性能仿真、核心机驱功的风扇级CDFS设计、高效可控涡轮导向器、面积可调涵道导向器、低污染燃烧室、离性能低污染外涵加力燃烧室、反速度场同心环喷管、自适应控制技术、单级高负荷跨音速高压涡轮和双级无导叶对转低压涡轮等。 2100433B
基于Repast的航空发动机维修调度仿真系统
航空发动机维修是一个具有高动态性和高复杂度的商业领域。本文采用多Agent方法对航空发动机维修进行调度仿真。本系统可对等待维修的飞机数量、周转时间和维修生产线利用率等关键指标进行分析,从而为航空发动机维修提供可靠的决策支持。同时,本系统以动态脚本的方式支持多种发动机可靠度估计算法,增加系统的可扩展度。最后,通过多个案例验证本系统的有效性。
航空发动机组合工装应用分析
随着我国航空航天技术的不断发展和提升,我国在航空航天的相关技术上有了非常大的突破.在航空航天生产加工技术中,尤其是大型薄壁部件的加工过程中,化学铣特种加工技术就被广泛的应用和推广,化学铣技术虽然在我国的航空航天加工制作过程中广泛应用,但是这项加工技术还没有完全成熟.因此需要我们在实际的工作中给予不断的完善和升级.
航空发动机为航空器提供飞行所需动力的发动机。发动机研究和发展工作的特点是技术难度大、耗资多、周期长,发动机对飞机的性能以及飞机研制的成败和进度有着决定性的影响,而且发动机技术具有良好的军民两用特性,对国防和国民经济有重要意义。
发动机研究和发展工作的特点是技术难度大、耗资多、周期长,发动机对飞机的性能以及飞机研制的成 败和进度有着决定性的影响,而且发动机技术具有良好的军民两用特性,对国防和国民经济有重要意义。因此,世界上几个能独立研制先进航空发动机的国家无不将优先发展航空发动机作为国策,将发动机技术列为国家和国防关键技术,给予大量的投资,保证发动机相对独立地领先发展,并严格禁止关键技术出口。一些航空发动机后起工业国家也已制订了重大的技术发展计划,试图建立独立研制或参与国际合作研制先进航空发动机的能力。
现代航空发动机主要有两种类型:“活塞式发动机”和“喷气式发动机”。低速、小型、短程飞机常用“活塞式发动机”;高速、大(中)型、远(中)程飞机常用“喷气式发动机”。无论哪种型式,当作为航空发动机时,其基本要求均可归结如下:
一、功率重量比大
设计飞机的任何部件,都应在满足使用要求的前提下,尽量减轻其重量。对发动机来说,就是要保证足够大的功率而自重又很轻。衡量发动机功率大、重量轻的标准是“功率重量比”。即发动机所发出的功率与发动机重量之比值。“功率重量比”越大,表示在有相同功率的情况下,发动机越轻。
功率重量比的单位,对活塞发动机来说,是“马力/公斤”;对喷气式发动机来说,是推力(牛顿)/重量(牛顿),无单位。
二、燃油消耗量小
发动机是否省油,是飞机使用的重要经济指标。评定发动机的经济性,常用“燃油消耗率”作标准。“燃油消耗率”是指单位功率(一牛顿或一马力)在一小时内所消耗油料的重量。燃油消耗率越小,说明发动机越省油。
三、迎风面积小
航空发动机应在保证功率不减小的前提下,力求体积较小。体积小,可以使发动机占据的空间小,有利于飞机装载人员、货物、设备。在体积尺寸中,应力求减小“迎风面积”,以减小空气阻力。
四、工作安全可靠、寿命长
飞机在空中飞行的安全,是由各组成部分可靠工作来保证的。要维持飞行,发动机就必须始终处于可靠状态。所以,发动机的可靠性是十分重要的。为了保证发动机工作安全可靠,必须精心设计、选用合适材料、严格工艺规程。并在发动机组装完成后,进行"试车"一一在"试车台"上模拟各种高度条件。在装上飞机之后,还要进行试车。只有当确定各项规定指标都符合要求时,飞机才能飞行。为了保证飞机随时处于可靠状态,在整个使用过程中,还要定期对发动机进行检查和维修。
在保证发动机可靠性的前提下,要求发动机的“寿命长”。这是发动机经济性的另一项指标。寿命长,可以降低使用成本、节约原材料。
发动机的寿命分两种:“翻修寿命”和“使用寿命”。“翻修寿命”是指两次“翻修”之间或新发动机开始使用至第一次翻修之间的使用(实际工作)时间,单位是“小时”。“使用寿命”是指全新发动机由开始使用到报废的使用(实际工作)时间,单位也是“小时”。由于设计、材料、工艺、使用条件不同,各发动机的“寿命”都不相同。
五、维护、修理方便
维护、修理,统称为维修。这是保证发动机可靠性的重要工作。发动机能否随时处于可靠状态,很大程度决定“维修”质量。维修的好坏,影响发动机的寿命。
维护的目的之一,是发现故障和排除故障,并对必要的部位进行检测、清洗、更换润滑油等。根据发动机工作的长短,维护工作一般都按不同的项目定期进行。而“修理”则是在零部件损坏的情况才进行。由于“维修”工作量很大,所以占飞机使用成本的很大比例。这就有必要在设计时考虑便于拆装、检查和维修的方便性,以减小维修工作量,降低维修成本。
随时间作周期性变化,而变化幅度保持常数的变应力,如气门弹簧上的应力,称为稳定性循环变应力(图1a)。
若变化幅度也是按一定规律周期性变化,则称为不稳定循环变应力(图1b)。
变应力不呈周期性变化,而带有偶然性,如汽车的悬架弹簧上受的应力,称为随机变应力(图1c)。瞬时过载或冲击产生的应力,如缓冲器弹簧所受的应力称为尖峰应力(图1c)。
随着国家经济不断的发展,不论在民用还是军工上航空工业都起着举足轻重的作用。一架飞机要想遨游在蓝天,其必须有足够的动力才能飞行,而为飞机提供动力的装置就是它的航空发动机,航空发动机是整架飞机的核心所在,没有它飞机将无法飞行。因此从一台航空发动机的性能上就能看出这架飞机的性能。航空发动机作为一种生活中必不可少的尖端产品,航空发动机的发展对国家的科技水平和国防领域起着重要性作用,它标志着一个国家科技、工业和国防的综合实力。
随着航空发动机不断的发展,不仅要提高它的推力,同时可靠性、寿命、对周围环境的适应性也同样重要。当我们要采用一种新技术开发时或对现役发动机进行更新、换代时,都必须对航空发动机展开试验。通过对发动机的测试能够得出许多理论计算得不到的性能指标,还可以获得外部环境对发动机主要技术参数的影响等。
随着科技的发展,当我们要研发一种新型号的航空发动机时,研发出的发动机必须具有高可靠性和高性能,因此设计出的航空发动机结构都比较复杂,材料也比较特殊。按照一般的研制过程,从方案设计到研制成功再到交付使用,发动机至少需要试验五年以上的时间,而且一台发动机上主系统的试验就需要数万小时以上,外加发动机各个子系统和零部件的试验时间,一台发动在试验台上所试验的时间就高达十万小时以上。因此在研制航空发动机时拥有一台先进的实验试车台是非常重要的。
航空发动机试车台是在研发发动机时所需要的重要设备,该系统能够对发动机进行定型、测量重要数据等试验,它能综合分析航空发动机的性能,是否达到其标准。而且到一台航空发动机损坏或者需要维护的时候,往往都需要修理完毕后送到试车台上进行测试,当测试合格后才能安装回飞机内部。研制航空发动机的试车台系统是一个相对复杂而且繁琐的控制系统,在整个系统中根据其作用不同,各个部分实现的功能不同,其中航空发动机试车台的燃油控制系统就隶属于其中的一个子系统。它也是试车台试验设备中的一个非常重要组成部分。