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爆震冲压燃气涡轮变循环发动机概念设计

成果类型:: 发明专利,新技术

发布时间: 2023-11-02 14:30:44

科技成果产业化落地方案
方案提交机构:“科创中国”航空制造产业科技服务团| 杨亮 | 2023-11-23 11:54:04
现在技术比较成熟的各类航空发动机、其综合性能比较有限,很难符合未来的要求,涡喷发动机在高速状态下有不错的性能且构造较为简单,但低速状态下性能不佳,推力较小,且油耗较高,效率较低。 现代空优战机装配的高性能涡扇发动机,拥有良好的续航能力,在跨音速和低马赫数的超音速下拥有足够的推力和良好的工作稳定性,但是涡扇发动机的工作包线范围较小,无法使飞机达到较高马赫数的超音速飞行,这就使其无法适应未来作战要求、 这些问题的存在,使作战类飞机越来越迫切的需要一款拥有大飞行包线,更大推力,更经济的发动机,以实现更大马赫数的飞行,更远的航程和更高的飞行高度。常规的涡扇发动机受到材料,部件性能等因素的限制,性能已经增大幅提升上另群端径,设计变循环组合动力发动机以满足要求。变德环发动机将向更宽空域以及更的速域发展,变循环发动机通过改变其内部某些零件的形状,位置、尺寸甚至增压比,来改变发动机工作的热力循环参数,因此该发动机可以通过在不同飞行状态和环境下改变不同的循环模式来获得最佳的性能,效率。
设计点设计 总体结构设计 预冷系统循环设计 模式切换方式 爆震燃烧室的运用 先进轴流压气机技术 涡轮级间燃烧室

发动机的设计最高马赫数为7,在设计状态下,它的工作状态将分为三部分:0-2Ma 时,发动机工作在涡扇模式,最外涵道的冲压发动机处于关闭状态,在低超声速状态下,涡扇模式是最为经济合理的模式,在战斗状态下,可以开启加力燃境室以提高其机动性。2-4Ma 时,发动机通过改变调节板的位置使其工作在涡喷模式,且打开预冷装置,在该飞行状态下,涡喷模式可以使发动机驱动飞机以更快的速度飞行。4-7Ma 时,发动机工作在超燃冲压模式,此时飞机的飞行速度已足够达到超声速进气条件,燃气在最外涵道进行超声速冲压旋转爆震燃烧,发动机达到最大推力。

宋飞龙,青托,空军工程大学航空工程学院博士毕业生 闫钰翰,冯振洲,周鹏鹏,张伟胜为空军工程大学航空工程学院学员

航空技术的不断发展,飞机的各项性能正在快速进步,而航空发动机的发展,可以说在一定程度上影响着整个航空领域的发展进步。现在技术比较成熟的各类航空发动机,其综合性能比较有限,很难符合未来的要求。涡喷发动机在高速状态下有不错的性能且构造较为简单,但低速状态下性能不佳,推力较小,且油耗较高,效率较低。现代战机装配的高性能涡扇发动机,拥有良好的续航能力,在跨音速和低马赫数的超音速下拥有足够的推力和良好的工作稳定性,但是涡扇发动机的工作包线范围较小,无法使飞机达到较高马赫数的超音速飞行,这就使其无法适应未来战争对飞机的作战要求。这些问题的存在,使作战类飞机越来越迫切的需要一款拥有大飞行包线,更大推力,更经济的变循环发动机,以实现更大马赫数的飞行,更远的航程和更高的飞行高度。

  • 旋转爆震发动机相比现役涡轮发动机热效率理论上可提高15%。在亚声速飞行时,单位推力增加近 30% 
  • 动机喷流噪声随着锯齿数目增加呈先减小后增加的趋势,通过对比,外涵道锯齿数在 16 时,对噪声的抑制效果最好。

技术合作:

1.小组设计内容更倾向作战类飞机的需求

3.涡轮+超燃冲压,收扩型气流调节片运用,发动机进气道的内外流道,级间燃烧室,爆振燃烧室的使用,各个循环状态的切换是方案设计主要创意。

2.整体设计中遇到了很多问题和困难,但通过查阅资料和论文等方式,基本解决