燃气涡轮高效冷却技术及设计方法发展趋势

燃气轮机和航空发动机被誉为是工业皇冠上的明珠，其研制水平是一个国家科技水平和综合国力的重要标志。随着燃气轮机和航空发动机工作效率和性能的不断提高，涡轮入口温度逐年上升，涡轮叶片暴露在更高的来流温度下。为使金属叶片在远超其熔点的温度中仍能安全运转，亟需发展高效的冷却技术。该文概述了燃气涡轮高效冷却技术及设计方法的发展趋势，提出了按照3个维度开展燃气涡轮冷却技术研究的思路，总结了本团队在冷却单元-气冷叶栅-整机多部件交互等方面的基础研究成果，搭建了基于实验数据驱动的高效高精度冷却结构设计平台，探索了以双层壁为代表的下一代冷却技术的特性和发展趋势。     

航空发动机对转涡轮气动设计技术研究进展

 随着航空工业的发展,民用或者军用飞行器都对航空发动机要求越来越高,对转涡轮由于其气动布局上的优势能成为未来航空发动机的关键技术之一。本文通过对国内外文献的调研,结合课题组多年研究工作,分析了对转涡轮内部的特征,并从对转涡轮速度三角形参数分析和气动设计准则、内部复杂流动机制、激波组织技术和收扩叶型造型方法等方面对其研究进展进行了论述;在此基础上考虑加工工艺、结构强度、传热冷却等多学科耦合因素,探讨了转涡轮技术在工程应用中面临的挑战及可能的解决方向,展望了转涡轮技术的发展趋势。     

浅谈汽车发动机冷却系的维修

发动机冷却系的任务是,使工作中的发动机得到适度的冷却,从而使发动机在最适宜的温度范围内工作。发动机冷却系分为水冷系与风冷系两大类。轿车发动机广泛采用水冷系。采汽车维修技术用水冷系时,汽缸盖内冷却水的温度应为80℃-90℃。笔者根据自身的实践经验先汽车发动机冷却系的维护进行了简单的介绍,并对发动机冷却系的故障现象、原因以及排除维修方法进行了详细的阐述,以供读者参考。     

高温冷却柴油机的燃油喷射特性和喷雾特性

目前,为了进一步提高车用涡轮增压柴油机的功率,而又不至于增大其散热器的尺寸,有利于车辆动力舱的布置,趋向于采用高温冷却发动机的气缸和燃烧室组件的技术。在高温冷却下,发动机的冷却水温度从80～90℃提高到120℃。这样可以减少冷却水所传走的热量,达到适当控制其冷却水散热器的尺寸的目的。 本文主要研究高温冷却柴油机在整机温度和环境温度提高之后,柴油机燃料密度和可压缩性的变化对燃油喷射和雾化特性的影响。     

扇形气膜孔几何参数对气膜冷却效率的影响

气膜冷却技术广泛应用于航空发动机火焰筒、涡轮叶片等热端部件的冷却。与常规圆柱形气膜孔相比,扇形气膜孔冷却效率更高。为更全面的掌握在典型大涵道比商用航空发动机燃烧室火焰筒工作环境下扇形气膜孔气膜冷却效率随几何参数和吹风比的变化规律,采用数值模拟方法研究了扇形气膜孔的流动和换热,分析并讨论了气膜孔板厚度、气膜孔出口宽度、气膜孔入口圆柱段长度、气膜孔倾斜角以及吹风比对扇形气膜孔下游流场和热侧面气膜冷却效率分布的影响。结果表明：在小吹风比条件下,几何参数的变化对冷却效率影响很小;而当吹风比较大时,冷却效率随几何参数的变化规律可能受其他几何参数的交叉影响;几何参数的变化将诱发不同的卵形涡结构,从而对气膜孔下游的冷却效率分布造成较大的影响。     

高温热管用于涡轮叶片冷却可行性分析

本文主要从理论分析和计算的角度讨论了将高温热管应用于涡轮叶片冷却的可行性。首先介绍了热管工作原理和特点。其次,设定涡轮叶片的工作环境,对叶片表面进行热力计算,得出其冷却需求。最后,分析高温热管完成涡轮叶片冷却的可行性。     

浅谈涡轮增压器故障现象及其改进措施

在目前的技术条件下,发动机的运行性能已处于最佳状态,废气涡轮增压器是唯一能使发动机在工作效率不变的情况下增加输出功率的机械装置,但废气涡轮增压器在使用过程中经常出现窜油故障和其工作特性在汽车发动机的大转速变化范围内难以在各种工况下均与发动机实现良好的匹配。经过安装回油电磁阀、冷却系统和增压控制系统来解决这一系列问题。     

发动机燃气涡轮转子蠕变及可靠性分析

发动机燃气涡轮转子是发动机的重要部件,其工作环境温度高,涡轮转子叶片蠕变是其主要的破坏模式。本文依据蠕变理论、工程结构可靠性设计的概率设计法和涡轮转子叶片载荷、截面尺寸及材料强度算出其蠕变和可靠性指标,并进行可靠性分析。     

叶片轴截面曲线拟合方法

涡轮叶片作为飞机发动机的关键零部件,涡轮叶片和发动机高温区的零部件寿命往往是制约现代高性能航空器寿命周转的决定性因素。航空发动机零部件修复可谓是高投入、高附加值、高层次政策下的高技术产业,是一项军民通用技术。其巨大的经济利益吸引了许多国家和地区纷纷涉足此领域。逆向工程是一种高效率、低成本的新型设计方式。该文基于逆向工程技术,通过对点云数据进行测量,并对点云数据进行预处理,进而将曲面重构等技术对涡轮叶片的轴截面特性进行分析以及叶型进行拟合,为飞机发动机叶片的逆向重构提供了前提。这为航空发动机涡轮叶片损耗的有效降低和高效维修奠定了基础,具有一定的理论价值和实际意义。     

涡轮盘榫槽综合测具的研究

涡轮盘是发动机重要承力构件,在转速高、温度高的环境下工作,涡轮盘具有较高的抗疲劳、抗高温氧化及抗燃气腐蚀能力。涡轮盘沿圆周均布一般在60-102个榫槽,叶片用枞树形榫头插入盘的枞树形槽内,检测榫槽的尺寸、位置度技术条件要求,保证叶片传递载荷分布均匀,提高发动机的性能稳定性。     

涡轮基组合循环动力关键技术进展

 涡轮基组合循环发动机将是未来高超声速飞行器的主要动力装置，满足空间运载、高速运输、远程快速打击等任务需求，具备可常规起降、可多次重复使用、经济性好等优点。梳理了诸多航空强国关于涡轮基组合循环动力关键技术的发展脉络，分析了开展涡轮基组合循环发动机技术研究必须解决涵盖的模态转换、飞发一体化、超宽工作范围、耐高温、匹配性等诸多方面的关键技术瓶颈。结合国外先进经验，阐述了国内涡轮基组合循环发动机研究的建议，总结了必须解决的涡轮/冲压组合动力关键技术问题。     

连续旋转爆震涡轮发动机热力过程与性能分析

该文提出一种完整的连续旋转爆震涡轮发动机(continuous rotating detonation turbine engine,CRDTE)系统方案,建立了其主要工作过程的数学模型以及参数化整机性能分析模型。研究了压气机总增压比、涡轮前总温等设计参数对发动机总体性能的影响。结果表明:随着压气机总增压比的增大,发动机的比推力和循环热效率先增大后减小,耗油率单调增大,而涡轮前总温越大,发动机的比推力和耗油率越高。与同参数传统燃气涡轮发动机进行了总体性能比较研究,表明CRDTE在全工作范围总体性能具有优势,并揭示了其获得性能增益的原因。与现役先进航空燃气涡轮发动机F119相比,在相同循环参数条件下,CRDTE的比推力显著提升,同时耗油率稍有降低。该旋转爆震涡轮发动机方案合理、可行,为其工程化应用提供了依据。     

车用涡轮增压技术发展概况

简要介绍了国内外车用发动机涡轮增压技术的情况，分别就柴油机涡轮增压和汽油机涡轮增压进行论述，并探讨了车用涡轮增压技术的发展方向。     

民用航空涡轮发动机负加速度适航符合性分析

负加速度会对民用航空涡轮发动机的正常工作产生不利影响,因此CCAR25部对安装于民用飞机上的发动机,在负加速度条件下的工作特性做了严格规定。本文分析了负加速过载对涡轮发动机的具体影响,结合相关条款,分析了负加速度飞行试验需满足的试验条件和注意事项,对民用航空涡轮发动机安装于飞机后的负加速度适航取证具有重要的参考价值。     

涡轮增压氢发动机加速特性的分析和改进

发动机废气驱动涡轮增压器可以提高发动机的升功率 ,而涡轮增压器突然加速的响应滞后为增压氢发动机用于车辆牵引产生了特有的困难。该文研究了发动机瞬态特性的相关问题 ,如调速器特性、喷氢装置特性、发动机和增压器的速度变化 ,涡轮增压器的工况迁移和参数的变化等。研究表明 ,涡轮当量通流面积的变化对发动机的过渡特性影响不大 ,减小涡轮增压器转动惯量和充气加速涡轮可以改善增压氢发动机的加速性能     

不同冷却方式对中心锥冷却效果的影响

为研究不同冷却方式对航空发动机中心锥冷却效果的影响,建立了发动机低压涡轮后部件的物理模型,采用流固耦合的方法计算得到中心锥表面温度分布,重点研究了在不同冷却方式下冷却流量比、锥面气膜入射角度等参数对冷却效果的影响。研究表明:腔体引气对中心锥前段与末端的冷却效果较好,对中段双排孔之前部分的冷却效果较差,在有限范围内增加冷却空气流量能够提高冷却效果;当流量比不变时,采用腔体引气／锥面气膜结合方式时中段双排孔之前锥面温度比仅采用腔体引气冷却时降低了40％。     

航空发动机涡轮流动及噪声数值模拟

发展可靠、高效、低噪声的发动机是航空工业不懈的追求. 涡轮作为航空发动机核心部件之一. 其流动及换热问题始终是贯穿航空发动机设计、制造的核心问题. 随着航空发动机风扇和喷流噪声得到大幅控制, 涡轮噪声逐渐凸显. 并日益受到关注. 为推动航空发动机涡轮流动换热及噪声数值模拟方法的工程应用, 首先. 以航空发动机涡轮中复杂湍流及流动换热问题为主线. 分别阐述了旋转盘腔、旋转叶片流动及换热问题数值模拟的研究现状; 其次. 对航空发动机涡轮噪声研究现状进行分析. 总结了常用涡轮噪声预测方法和存在的问题. 在此基础上. 面向工程实际需求. 对航空发动机涡轮流动、换热与噪声数值模拟进行了展望.     

重型车用柴油机废气发电复合涡轮行驶工况的适应性

针对发电复合涡轮形式对发动机余热回收效果的影响,建立了详细的某重型柴油机废气涡轮回收整车仿真平台,构建了电辅助复合涡轮、并联复合涡轮、纯电动复合涡轮和串联复合涡轮4种形式废气能量回收方案,对比分析了这4种典型的复合涡轮结构在发动机外特性、瞬态工况和道路运行工况下的废气能量转换效率及节油效果.研究结果表明,不同的驾驶工况应选用不同的复合涡轮形式;采用基于涡前压力动态优化控制,是实现发动机功率与涡轮发电功率合理分配、达到发动机总体效率优化的关键.研究结果对于复合涡轮结构选型以及发电复合涡轮与发动机的匹配与集成具有指导价值.     

喷气发动机——摘自《金飞科普丛书》

所有的飞机都从发动机那里获得推力。不论是工作原理像汽车发动机那样的活塞式发动机,还是喷气发动机,喷气发动机推动的飞机比活塞式发动机推动的飞机速度要大得多。现今,几乎所有的客机及大多数的军用飞机和许多小型商用飞机都是由喷气发动机推动的。有三种主要类型的喷气发动机即涡轮喷气发动机、涡轮螺旋桨发动机和涡轮风扇发动机。喷气发动机从发动机的一端吸入空     

变几何涡轮增压器关键技术分析

变几何涡轮增压器（英文缩写VGT）属于国家高新技术成果转化项目,是国家节能降耗缓解石油资源紧缺,强制控制发动机排放污染的急需项目,该技术被誉为内燃机发展史上第二个里程碑。开展汽车发动机节能降耗、降低排放烟度、提高低速,当前最现实可行的技术方法之一就是应用变几何涡轮增压器。它解决了常规的废气涡轮增压器存在的油耗大、低速扭矩特性差、起动响应慢和低速排放烟度大等缺陷。