科学研究方向
1.基础研究涉及学科
航空发动机基础研究主要涉及到的学科有:系统工程学,内流气动力学,声学,结构与固体力学,传热学,燃烧学,控制学,机械传动与摩擦学,材料学,制造工艺学等众多学科及它们之间的交叉融合而成的新兴学科,贯穿发动机的预研、研制、生产和使用等全过程。
2.科学与技术问题
当前,先进航空发动机的主要特征正经历着以下三方面的变革:从复杂系统学科的角度看,“多学科交叉、多专业综合”成为未来航空发动机复杂系统的主要发展趋势,表现为复杂系统的“多目标、多维度、多尺度、多区域、强非线性、强时域”的“气、固、热、声、控”耦合特征;在工程技术上,主要表现为设计、验证、材料、制造活动的“输入、工具、准则、数据库、流程、输出”(简称“6要素”)的技术变革,而在技术科学上,“6要素”变革引发了相应的技术科学机理的深化。
航空发动机基础研究最核心的科学基础问题是:强耦合、强非线性、强瞬变的喷气推进系统的内流气动力学、结构与固体力学、燃烧学、传热学、声学问题以及强整体性的整机全流程过渡态边界载荷问题。
3.研究方向与内容
建国后,我国的航空发动机走了一条从仿制、仿研,到自主研制的道路,经历了“维护修理、测绘仿制、改进改型、自行研制”等发展阶段。因此,当前形势下开展航空发动机基础研究,既要考虑到现役航空发动机的安全性保障问题,又要满足军事目的对其性能的提升需求,还要面对自主发展未来新一代航空发动机挑战。从基础研究涉及到的科学问题、先期技术研究中涉及到的关键技术需求,365体育在线备用网址归纳出当前我国航空发动机急需开展的6个方面的基础问题:在航空发动机安全性保障领域,重点解决“航空发动机总体性能结构与适航基础问题”、“航空发动机结构完整性和可靠性核心问题”、“航空发动机控制与信息核心基础问题”;在航空发动机性能提升领域,重点解决“航空发动机复杂流动与声学基础问题”、“航空发动机气动热力与结构耦合布局问题”;在新概念航空发动机技术领域,重点解决“涡轮基组合循环动力基础技术问题”。6个问题的重点内容阐述如下:
1)航空发动机总体性能结构与适航基础问题:重点解决的核心科学问题和技术问题是通用核心机及部件匹配问题、飞行包线内多设计点优化及设计点选取问题、过渡态载荷分析、航空发动机静态及过渡态几何形状获取与变形评价分析、航空发动机全局偏差敏感性适航符合性验证、航空发动机系统安全分析和主被动安全控制、发动机起动性能及其控制规律等技术问题。
2)航空发动机结构完整性和可靠性核心问题:重点解决的核心科学问题和技术问题是先进发动机材料的在气-固-热环境下的基本作用规律、工艺-微结构-结构完整性关系,强时变特征多场载荷/环境下发动机转子典型结构复合疲劳破坏和可靠性问题,体现了多场、多学科、强耦合的特点,需要一体化地解决制造工艺、结构强度寿命及结构可靠性等关键问题。重点解决涡轮叶片、整体叶盘、复合材料部件等结构的完整性和可靠性基础问题,及非传统制造工艺下高温复合材料的基本力学问题、涡轮盘叶结构高低周复合疲劳损伤问题、涡轮盘叶结构热机疲劳损伤问题、发动机典型结构疲劳可靠性问题等。
3)航空发动机控制与信息核心基础问题:重点解决的核心科学问题和技术问题是耐受航空发动机恶劣工作环境下的智能容错控制系统设计问题,高性能、长寿命、轻质量燃油系统设计方法问题,耐高(低)温、强振动、高可靠的计算机、敏感元件及控制执行机构设计、制造与试验、检验方法等。
4)航空发动机复杂流动与声学基础问题:重点解决的核心科学问题和技术问题是大尺度旋涡的产生及损失机理、尾迹/激波/二次流与边界层干涉、非定常效应的复杂流动机理问题、高精度湍流模型、转捩模型、叶轮机非定常效应快速预测模型问题;湍流减阻、流动损失控制、失速主被动控制技术、风扇/压气机流动稳定性混合控制技术问题、先进气动噪声控制技术问题等。
5)航空发动机气动热力与结构耦合布局问题:重点解决的核心科学问题和技术问题是紧凑式结构下的高热容高温升燃烧和高效低排放燃烧问题、紧凑式结构下高效冷却方式的强化冷却机制和复杂环境中的流动传热问题,以及在高的温度和压力梯度下,具有旋转-静止-旋转非惯性和惯性多种坐标系的流动、燃烧、传热和结构完整性的耦合问题等。
6)涡轮基组合循环动力基础技术问题:重点解决的核心科学问题和技术问题是约束条件下与飞行器高度一体化的多参数、多目标优化设计,宽马赫数范围内过渡态流固耦合情况下的流动控制方法与气动性能参数的变化规律问题,组合发动机中超宽范围、低阻力、高效率燃烧组织问题。解决先进组合动力气动性能变化规律、宽范围点火、火焰稳定和高效燃烧及模态转换过程中燃烧主、被动控制等问题,以及部件设计、多部件匹配和多约束准则等基础问题。