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第 41 卷 第 3 期 2015 年 6 月 航 空 发 动 机 Aeroengine Vol.41 No. 3 Jun. 2015 飞 / 发 性 能 一 体 化 技 术 在 航 空 发 动 机 设 计 中 的 应 用 梁 彩 云, 谢 业 平, 李 泳 凡, 施 磊 ( 中 航 工 业 沈 阳 发 动 机 设 计 研 究 所, 沈 阳 110015) 摘 要 : 分 析 了 国 内 外 飞 / 发 性 能 一 体 化 设 计 技 术 的 发 展, 中 国 现 处 于 飞 机 和 发 动 机 双 方 通 过 协 调 确 定 各 自 技 术 状 态 阶 段, 尚 未 开 展 系 统 一 体 化 设 计 详 细 阐 述 了 前 机 身 进 气 道 与 发 动 机 在 流 场 流 量 及 隐 身 性 能, 发 动 机 尾 喷 管 与 飞 机 后 机 身 在 安 装 性 能 隐 身 性 能, 飞 机 功 率 提 取 环 控 引 气 与 飞 / 发 性 能 稳 定 性 等 一 体 化 设 计 技 术 的 研 究 内 容 详 细 分 析 了 在 航 空 发 动 机 研 制 中 应 用 飞 / 发 性 能 一 体 化 技 术 的 主 要 关 注 点, 并 指 出 了 飞 / 发 一 体 化 设 计 技 术 推 广 应 用 的 方 向 关 键 词 : 飞 / 发 一 体 化 ; 性 能 ; 匹 配 设 计 ; 航 空 发 动 机 中 图 分 类 号 :V231 文 献 标 识 码 :A doi:10.13477/j.cnki.aeroengine.2015.03.001 Application of Integrated Aircraft/Engine Technology in Aeroengine Designing LIANG Cai-Yun 袁 XIE Ye-Ping 袁 LI Yong-Fan 袁 SHI Lei 渊 AVIC Shenyang Engine Design and Research Institute 袁 Shenyang 110015 袁 China 冤 Abstract: The design technology of aircraft/engine were analyzed in the world. The aerospace manufacturers from aircraft field and aeroengine field in China have not started integration designing yet. The status in China is that aircraft design and aeroengine design are determined through negotiation between both sides. The integration technology was expounded, which includes the fuselage forebody, inlet and aeroengine match in terms of flow field, mass flow and stealthy performance 袁 the installation performance and stealthy performance of engine nozzle and aircraft rear fuselage, the impact of aircraft power extraction, the air bleeding of environmental control system on aircraft/ engine performance and stability. The main focus of applying aircraft/engine technology in the aeroengine development were elaborated. Finally 袁 the direction of popularizing aircraft/engine technology was proposed. Key words: integrated aircraft/engine 曰 performance 曰 matching design 曰 aeroengine 0 引 言 飞 机 与 发 动 机 之 间 传 统 的 设 计 方 法 是 以 安 装 边 为 界 面, 双 方 根 据 协 调 约 定 的 指 标 参 数 分 别 设 计 这 样, 一 方 面 双 方 对 界 面 职 责 和 参 数 指 标 会 有 争 执 ; 另 一 方 面 为 保 证 飞 / 发 相 容 性, 双 方 在 设 计 过 程 中 要 分 别 留 出 一 定 的 调 整 空 间, 使 得 发 动 机 和 飞 机 均 不 能 发 挥 最 大 设 计 潜 能, 也 得 不 到 最 优 的 飞 机 和 发 动 机 匹 配 尤 其 在 成 熟 飞 机 平 台 选 取 新 型 发 动 机 时, 不 得 不 牺 牲 部 分 发 动 机 性 能 和 功 能, 而 飞 机 也 得 不 到 最 优 性 能 随 着 现 代 空 战 环 境 日 趋 严 酷, 对 战 斗 机 的 技 / 战 术 性 能 提 出 了 更 高 要 求, 对 其 超 跨 声 速 的 机 动 性 超 大 攻 角 大 侧 滑 角 飞 行 以 及 短 距 大 攻 角 起 飞 等 非 常 规 机 动 性 要 求 大 幅 度 提 高, 由 此, 也 对 飞 机 和 发 动 机 的 匹 配 设 计 提 出 了 更 高 要 求 为 提 升 飞 机 与 发 动 机 的 综 合 性 能 稳 定 性 与 安 全 性, 需 要 将 飞 机 和 发 动 机 作 为 1 个 整 体 来 看 待, 开 展 一 体 化 设 计, 目 标 是 尽 可 能 发 挥 各 自 潜 能 减 少 性 能 损 失, 获 得 最 佳 的 推 进 系 统 效 能 按 照 目 前 飞 机 和 发 动 机 组 成 和 功 能, 飞 / 发 一 体 化 设 计 组 成 主 要 包 括 5 方 面 : 气 动 ( 性 能 ) 一 体 化 结 构 一 体 化 控 制 一 体 化 传 动 一 体 化 和 一 体 化 热 管 理 设 计 本 文 着 重 对 航 空 发 动 机 研 制 中 飞 / 发 气 动 一 体 化 技 术 的 应 用 进 行 分 析 收 稿 日 期 :2014-07-17 基 金 项 目 : 航 空 动 力 基 础 研 究 项 目 资 助 作 者 简 介 : 梁 彩 云 (1971), 女, 硕 士, 自 然 科 学 研 究 员, 从 事 航 空 发 动 机 总 体 设 计 工 作 ;E-mail:13386826917@189.cn 引 用 格 式 :

2 航 空 发 动 机 第 41 卷 1 国 内 外 飞 / 发 气 动 一 体 化 设 计 技 术 的 发 展 在 飞 行 器 出 现 的 早 期, 飞 机 与 发 动 机 的 一 体 化 研 [1] 究 重 点 是 发 动 机 进 气 道 喷 管 的 类 型 与 位 置, 以 及 发 动 机 的 安 装 方 式 质 量 和 体 积 对 推 进 系 统 的 安 装 性 能 的 影 响 等 在 20 世 纪 60 年 代 中 期 涡 扇 发 动 机 出 现 时, 飞 / 发 一 体 化 设 计 开 始 逐 步 成 为 1 项 重 要 技 术, 并 成 立 专 家 机 构 处 理 一 体 化 的 技 术 问 题 如 美 国 GE 公 司 专 门 设 立 了 发 动 机 飞 行 器 系 统 一 体 化 (EASI) 课 [2] 程, 主 要 面 向 具 有 5~10 a 设 计 或 系 统 工 程 经 验 的 设 计 师 学 科 范 围 包 含 航 空 飞 行 器 性 能 需 求 发 动 机 循 环 参 数 选 择 流 路 设 计 动 态 模 型 控 制 一 体 化 进 / 排 一 体 化 操 作 性 噪 声 寿 命 可 靠 性 及 机 械 系 统 等, 重 点 是 系 统 的 一 体 化 设 计 飞 / 发 一 体 化 设 计 重 点 之 一 是 性 能 一 体 化 设 计, PW 等 公 司 曾 为 更 好 地 完 成 空 军 的 合 同, 把 发 动 机 / 进 气 道 / 飞 机 机 体 一 体 化 设 计 问 题 作 为 1 项 专 门 联 [3] [4] 合 课 题 来 开 展 Alan Hale 等 验 证 了 当 进 行 发 动 机 和 进 气 道 设 计 时, 充 分 考 虑 对 方 开 展 一 体 化 设 计, 其 性 能 和 稳 定 性 有 显 著 提 升 国 外 飞 / 发 性 能 一 体 化 评 估 设 计 主 要 应 用 试 验 与 计 算 的 方 法 AEDC(Arnold Engineering Development Center) [5-7] 通 过 对 比 F-16 和 F-15 战 斗 机 缩 比 试 验 件 分 别 在 自 由 射 流 条 件 和 风 洞 条 件 下 的 试 验 结 果 来 评 [4] 估 进 / 发 相 容 性 ;Alan Hale 等 使 用 TEACC 计 算 工 具 评 估 前 机 身 在 一 定 攻 角 与 侧 滑 角 下 工 作 时 进 气 畸 变 对 风 扇 的 影 响 俄 罗 斯 早 期 一 体 化 研 究 主 要 集 中 在 超 声 速 飞 行 器 加 速 爬 高 时, 因 为 在 加 速 阶 段 提 供 剩 余 推 力 比 升 力 更 重 要 近 些 年, 研 究 工 作 向 较 低 飞 行 速 度 方 面 扩 展, 直 到 跨 声 速 和 亚 声 速, 这 得 益 于 采 用 了 1 整 套 由 馗 鬲 亍 禺 和 军 事 航 空 技 术 学 院 联 合 开 发 的 计 算 进 气 道 和 喷 管 的 模 型 程 序 另 外, 提 出 了 考 虑 进 气 道 和 喷 管 特 性 的 用 于 确 定 高 超 声 速 飞 行 器 综 合 特 性 和 动 力 装 置 安 装 推 力 的 算 法 并 开 发 了 其 计 算 模 型, 用 以 解 决 动 力 装 置 与 飞 行 器 一 体 化 问 题 这 些 算 法 所 依 据 的 原 则 是 将 作 用 于 飞 行 器 上 的 力 分 解 为 气 动 力 和 推 力, 或 按 另 外 的 定 义 分 解 为 考 虑 功 能 兼 容 时 动 力 装 置 和 飞 行 器 的 外 力 和 内 力 目 前, 中 国 飞 机 和 发 动 机 还 处 于 分 开 设 计 阶 段, 飞 / 发 性 能 的 优 化 设 计 主 要 依 靠 双 方 协 调 确 定 技 术 状 态, 未 能 实 现 飞 机 和 发 动 机 性 能 最 优 化 设 计 从 20 世 纪 90 年 代 飞 / 发 一 体 化 的 概 念 逐 步 被 关 注, 在 飞 / 发 一 体 化 基 础 理 论 和 仿 真 方 面 开 展 了 一 些 研 究, 如 飞 [8-10] 机 / 推 进 系 统 一 体 化 设 计 探 索 研 究 发 动 机 喷 管 与 [11] 飞 机 后 体 的 一 体 结 构 设 计 喷 管 与 后 体 一 体 化 性 [12-14] 能 设 计 等 概 念 研 究 计 算 方 法 和 程 序 的 开 发 但 研 究 进 展 较 缓, 未 形 成 系 统 的 飞 / 发 一 体 化 设 计 方 法 与 理 论 近 年 来 中 国 发 动 机 研 制 单 位 在 飞 / 发 性 能 一 体 化 设 计 方 面 也 开 展 了 一 系 列 探 索 研 究, 如 飞 机 进 气 道 与 发 动 机 一 体 化 设 计 发 动 机 飞 行 任 务 分 析 发 动 机 非 安 装 性 能 和 安 装 性 能 计 算 软 件 开 发 发 动 机 飞 行 性 能 评 估 方 法 和 基 于 飞 行 安 装 推 力 的 发 动 机 喷 管 面 积 优 化 方 法 研 究 等, 并 在 现 有 发 动 机 研 制 过 程 中 逐 步 验 证, 为 飞 / 发 一 体 化 设 计 方 法 的 建 立 奠 定 了 技 术 基 础 2 飞 / 发 性 能 一 体 化 设 计 涉 及 的 主 要 技 术 飞 / 发 气 动 一 体 化 设 计 涉 及 的 技 术 主 要 包 括 3 方 面 : 飞 机 前 机 身 进 气 道 与 发 动 机 一 体 化 设 计, 发 动 机 尾 喷 管 与 飞 机 后 机 身 一 体 化 设 计, 飞 机 功 率 提 取 环 控 系 统 与 发 动 机 一 体 化 设 计 2.1 前 机 身 进 气 道 与 发 动 机 气 动 一 体 化 设 计 为 满 足 越 来 越 复 杂 的 飞 行 条 件, 要 求 前 机 身 进 气 道 与 发 动 机 在 气 动 方 面 能 良 好 地 匹 配 为 防 止 前 机 身 附 面 层 影 响 进 气 道, 需 要 与 前 身 机 一 起 综 合 考 虑 进 气 道 布 局 另 外, 发 动 机 稳 定 裕 度 需 求 与 进 气 流 场 畸 变 特 性 发 动 机 性 能 与 进 气 道 总 压 损 失 等 均 存 在 密 切 关 联 2.1.1 流 场 匹 配 飞 行 姿 态 飞 机 外 流 场 和 进 气 道 内 流 道 的 气 动 设 计 发 动 机 流 量 需 求 等 因 素 均 影 响 进 气 道 出 口 流 场 质 量, 流 场 品 质 对 发 动 机 性 能 气 动 稳 定 性 均 有 重 要 影 响 而 单 独 以 进 气 道 或 发 动 机 为 研 究 对 象 时, 无 法 研 究 和 确 定 其 相 互 影 响, 需 开 展 进 / 发 联 合 数 值 计 算 全 尺 寸 进 气 道 与 发 动 机 地 面 及 高 空 台 联 合 试 验 进 发 相 容 性 试 飞 等, 逐 步 降 低 进 气 道 与 发 动 机 流 场 匹 配 的 不 确 定 性 2.1.2 流 量 匹 配 进 气 道 风 洞 试 验 显 示, 当 流 量 从 临 界 位 置 向 亚 临 界 减 小 到 一 定 值 时, 通 过 动 态 压 力 传 感 器 观 测 到 进 气 道 出 口 总 压 呈 现 出 具 有 明 显 主 频 特 征 的 脉 动, 且 振 幅 随 流 量 的 减 小 而 急 剧 增 大 因 此, 在 飞 行 过 程 中, 当 进

第 3 期 梁 彩 云 等 : 飞 / 发 性 能 一 体 化 技 术 在 航 空 发 动 机 设 计 中 的 应 用 3 气 道 流 量 与 发 动 机 需 求 流 量 不 匹 配 时 产 生 的 气 流 脉 动 影 响 进 气 道 及 发 动 机 工 作 的 稳 定 性, 研 究 全 包 线 全 状 态 进 / 发 流 量 匹 配 是 提 升 飞 行 器 稳 定 性 的 1 条 有 效 途 径 构 修 型 搭 接 间 隙 等 设 计 工 作 尾 喷 管 及 其 高 温 排 气 是 主 要 的 红 外 辐 射 源, 降 低 飞 行 器 红 外 隐 身 性 能 时, 同 样 需 结 合 飞 / 发 性 能 一 体 化 开 展 修 型 掺 混 罩 挡 等 设 计, 平 衡 隐 身 性 能 与 气 动 性 能 2.1.3 雷 达 隐 身 性 能 2.3 飞 机 功 率 提 取 环 控 引 气 与 发 动 机 性 能 一 体 转 子 叶 片 有 较 强 的 雷 达 波 反 射 特 性, 而 且 叶 片 转 动 对 雷 达 波 的 反 射 有 加 强 作 用, 为 了 提 高 进 气 道 的 隐 身 性, 可 在 进 气 道 中 引 入 吸 波 导 流 体, 但 这 种 隐 身 装 置 可 能 导 致 进 气 道 气 动 性 能 的 损 失 需 综 合 气 动 性 能 和 隐 身 性 能 开 展 进 气 道 及 发 动 机 的 设 计 化 设 计 在 现 代 战 争 中, 飞 机 电 子 对 抗 技 术 越 来 越 复 杂, 电 子 设 备 和 功 能 越 来 越 精 细, 对 发 动 机 的 提 取 功 率 和 环 控 引 气 需 求 不 断 增 加, 从 而 降 低 发 动 机 性 能 和 裕 度 为 此 需 对 飞 机 的 功 率 提 取 和 环 控 引 气 开 展 与 发 动 2.2 发 动 机 尾 喷 管 与 飞 机 后 机 身 气 动 一 体 化 设 计 机 的 一 体 化 设 计 机 身 后 体 阻 力 占 全 机 阻 力 的 38%~50% [15], 飞 行 状 态 或 发 动 机 状 态 发 生 改 变 时, 发 动 机 喷 管 喷 流 跟 随 2.3.1 环 控 引 气 参 数 与 飞 机 用 气 量 的 折 中 为 满 足 飞 机 座 舱 和 设 备 舱 等 用 气 要 求, 需 从 发 动 发 生 变 化, 对 飞 行 后 体 阻 力 有 较 大 影 响 飞 机 后 体 布 局 发 动 机 喷 管 外 调 节 片 形 状 对 飞 行 方 向 投 影 面 积 及 表 面 压 力 有 影 响, 同 时, 发 动 机 可 调 喷 管 面 积 的 变 化 也 可 以 影 响 喷 管 的 投 影 面 积 及 压 力 分 布, 从 而 影 响 整 个 飞 机 后 体 阻 力, 导 致 安 装 性 能 的 变 化 开 展 飞 机 后 体 / 发 动 机 气 动 一 体 化 设 计, 可 以 减 小 飞 行 后 体 阻 力, 提 高 整 个 飞 行 器 性 能 近 年 随 着 推 力 矢 量 技 术 的 发 展, 可 由 其 取 代 部 分 传 统 飞 机 操 纵 面 参 与 飞 机 的 控 制, 向 无 尾 飞 机 方 向 发 展, 矢 量 喷 管 与 飞 机 性 能 一 体 机 中 引 出 高 压 气 体, 经 热 交 换 膨 胀 后 使 用, 当 发 动 机 引 气 位 置 确 定 后, 环 控 引 气 系 统 设 计 需 兼 顾 引 气 位 置 压 力 高 ( 低 空 大 表 速 发 动 机 大 状 态 ) 与 低 ( 高 空 小 表 速 发 动 机 小 状 态 ) 时 的 引 气 量 当 设 计 不 合 理 时, 容 易 出 现 确 保 低 压 力 时 的 用 气 量, 引 气 流 量 设 计 过 大, 在 高 压 力 时, 需 分 流 泄 除 部 分 流 量, 牺 牲 发 动 机 性 能 飞 / 发 双 方 需 根 据 全 包 线 需 用 舱 压 环 控 引 气 处 压 力 引 气 流 量 共 同 开 展 引 气 系 统 设 计, 使 其 既 能 满 足 引 气 需 求, 又 不 造 成 发 动 机 性 能 的 多 余 损 耗 化 设 计 更 为 重 要 2.3.2 功 率 提 取 量 与 发 动 机 裕 度 的 权 衡 2.2.1 以 飞 行 安 装 性 能 为 设 计 目 标 的 设 计 方 法 发 动 机 喷 管 出 口 面 积 对 安 装 推 力 及 非 安 装 推 力 飞 机 对 发 动 机 提 取 相 同 功 率 时, 随 着 发 动 机 状 态 及 飞 行 状 态 的 改 变, 其 对 发 动 机 性 能 与 稳 定 性 的 影 响 [16] 影 响 对 比 如 图 1 所 示 从 图 中 可 见, 安 装 推 力 与 非 安 装 推 力 最 优 对 应 的 面 积 存 在 差 别, 以 飞 行 安 装 性 能 为 设 计 优 化 目 标 的 设 计 方 法 是 提 升 飞 行 器 性 能 的 1 种 重 要 手 段 也 发 生 变 化 在 飞 行 包 线 内 换 算 功 率 系 数 分 布 如 图 2 所 示 从 图 中 可 见, 飞 机 功 率 提 取 对 发 动 机 性 能 与 气 动 稳 定 性 影 响 随 功 率 换 算 系 数 增 大 而 加 大 在 发 动 机 设 计 过 程 中, 如 果 飞 机 部 门 不 能 按 飞 行 条 件 和 发 动 机 使 用 状 态 给 出 具 体 的 功 率 提 取 要 求, 发 动 机 性 能 图 1 发 动 机 喷 管 面 积 对 安 装 非 安 装 推 力 的 影 响 图 2 在 飞 行 包 线 内 换 算 功 率 与 气 动 稳 定 性 设 计 会 面 系 数 分 布 2.2.2 雷 达 红 外 隐 身 及 气 动 性 能 的 一 体 化 考 虑 临 较 大 难 题 飞 机 后 体 与 喷 管 搭 接 面 上 的 各 种 不 连 续 性, 以 及 当 喷 管 面 积 调 节 时 调 节 片 间 出 现 的 搭 接 或 存 在 的 间 隙, 都 可 能 成 为 雷 达 波 反 射 源 为 提 高 雷 达 隐 身 性 能, 3 飞 / 发 性 能 一 体 化 设 计 的 主 要 关 注 点 为 有 效 应 用 飞 / 发 气 动 一 体 化 设 计 技 术, 获 得 最 需 结 合 飞 / 发 气 动 性 能 一 体 化 开 展 飞 机 后 体 型 面 结 佳 的 飞 机 和 发 动 机 的 组 合 性 能, 需 要 在 发 动 机 设 计 过

4 航 空 发 动 机 第 41 卷 程 中 融 入 飞 / 发 一 体 化 设 计 的 概 念, 在 性 能 优 化 起 动 和 过 渡 态 性 能 设 计 稳 定 性 设 计 试 验 验 证 和 性 能 评 估 中 与 飞 机 方 开 展 一 体 化 交 互 设 计 3.1 发 动 机 性 能 优 化 3.1.1 循 环 参 数 优 化 循 环 参 数 优 化 要 综 合 考 虑 部 件 设 计 水 平 飞 机 性 能 需 求 结 构 和 材 料 限 制 根 据 飞 机 任 务 剖 面 上 对 动 力 装 置 的 推 力 / 耗 油 率 需 求, 开 展 发 动 机 作 战 任 务 分 析 3.1.2 调 节 规 律 的 优 化 转 速 进 口 可 调 叶 片 角 度 喷 口 面 积 等 调 节 规 律 的 优 化 设 定 应 综 合 考 虑 发 动 机 推 力 进 气 道 损 失 进 气 道 溢 流 阻 力 和 飞 机 后 体 阻 力, 兼 顾 进 气 道 发 动 机 尾 喷 管 和 飞 机 后 机 身 的 综 合 效 应 3.1.3 雷 达 和 红 外 隐 身 的 影 响 无 论 是 采 取 何 种 措 施 实 现 雷 达 和 红 外 隐 身 的 目 的, 均 会 损 失 发 动 机 性 能 为 此 要 开 展 飞 机 用 于 隐 身 的 结 构 构 件 与 发 动 机 尾 部 结 构 的 联 合 气 动 设 计, 同 时 充 分 考 虑 雷 达 和 红 外 隐 身 带 来 的 部 件 性 能 的 变 化 3.2 稳 定 性 设 计 3.2.1 进 气 道 与 发 动 机 流 场 相 容 性 进 气 道 作 为 发 动 机 上 游 部 件, 是 造 成 进 口 压 力 畸 变 的 主 要 因 素 目 前 以 综 合 畸 变 指 数 的 单 一 参 数 作 为 发 动 机 稳 定 性 开 展 工 作 的 依 据 是 不 全 面 的, 应 同 步 考 虑 进 气 道 出 口 畸 变 流 场 发 动 机 性 能 和 喘 振 裕 度, 避 免 由 于 飞 / 发 双 方 设 计 准 则 的 不 合 适 带 来 飞 行 安 全 或 性 能 损 失 3.2.2 武 器 发 射 时 发 动 机 扩 稳 设 计 武 器 发 射 时 产 生 的 尾 气 经 过 进 气 道 后 会 在 发 动 机 进 口 形 成 温 度 畸 变, 通 常 要 采 取 一 定 的 扩 稳 措 施, 以 扩 大 发 动 机 瞬 时 稳 定 裕 度 因 此, 扩 稳 措 施 的 选 取 除 了 考 虑 武 器 的 发 烟 特 性, 也 要 考 虑 进 气 道 对 发 烟 特 性 的 影 响 3.2.3 飞 机 附 件 功 率 谱 分 析 飞 机 功 率 提 取 是 影 响 发 动 机 气 动 稳 定 性 的 降 稳 因 子 之 一, 尤 其 在 高 空 小 速 度 区 域 影 响 最 大 在 相 同 的 功 率 情 况 下, 在 地 面 和 高 空 状 态 下 发 动 机 损 失 的 裕 度 是 不 同 的 因 此, 应 与 飞 机 共 同 开 展 功 率 提 取 量 及 其 对 发 动 机 稳 定 裕 度 影 响 的 研 究, 明 确 飞 机 附 件 功 率 谱 是 发 动 机 稳 定 性 设 计 及 扩 稳 措 施 采 取 的 条 件 之 一 3.3 关 注 安 装 性 能 和 功 能 3.3.1 飞 机 环 控 系 统 用 气 参 数 对 发 动 机 来 说, 飞 机 环 控 系 统 是 1 个 负 载, 引 气 量 的 大 小 既 关 系 飞 机 环 控 系 统 能 力, 又 影 响 发 动 机 性 能 和 气 动 稳 定 性 而 且 环 控 系 统 的 负 载 特 性 影 响 发 动 机 引 气 腔 的 气 流 流 动, 因 此, 需 要 针 对 环 控 系 统 的 负 载 特 性 评 估 发 动 机 集 气 腔 位 置 环 控 引 气 接 口 尺 寸 引 气 参 数 和 发 动 机 空 中 慢 车 状 态 等 3.3.2 过 渡 过 程 进 气 道 与 发 动 机 流 量 的 匹 配 性 在 过 渡 过 程 中 发 动 机 和 进 气 道 的 流 量 分 别 根 据 自 身 特 性 变 化, 在 确 定 发 动 机 转 速 变 化 的 速 率 时 要 充 分 考 虑 与 进 气 道 的 流 量 相 容 性, 适 当 限 制 一 定 状 态 的 使 用 3.3.3 发 动 机 起 动 特 性 在 装 机 状 态 下 的 变 化 由 于 进 气 条 件 变 化 和 功 率 提 取 的 存 在, 装 机 后 对 发 动 机 的 起 动 特 性 影 响 较 大, 尤 其 是 温 度 会 有 所 升 高, 发 动 机 强 度 和 寿 命 设 计 要 有 所 考 虑 3.4 联 合 试 验 验 证 3.4.1 全 尺 寸 进 气 道 与 发 动 机 联 合 试 验 在 进 气 道 真 实 的 流 场 和 在 发 动 机 真 实 的 流 量 需 求 条 件 下, 通 过 详 细 参 数 测 取 即 可 有 效 评 估 进 气 道 和 发 动 机 流 场 的 匹 配 性, 也 可 评 估 进 气 道 对 发 动 机 性 能 特 性 的 影 响, 同 时 寻 求 全 状 态 流 量 匹 配 的 最 优 规 律, 为 发 动 机 稳 定 设 计 评 估 和 状 态 使 用 提 供 有 效 数 据 支 撑 3.4.2 飞 机 环 控 系 统 与 发 动 机 联 合 试 验 利 用 飞 机 部 门 提 供 的 模 拟 飞 机 环 控 系 统 的 试 验 装 置, 在 发 动 机 试 车 台 架 上 开 展 联 合 试 验, 模 拟 真 实 发 动 机 供 气 情 况 下 环 控 系 统 的 工 作 情 况 测 取 环 控 参 数 的 变 化 关 系, 同 时 验 证 环 控 系 统 与 发 动 机 的 匹 配 性 3.4.3 飞 机 功 率 提 取 试 验 测 定 和 分 析 发 动 机 安 装 在 飞 机 上 进 行 地 面 开 车, 测 取 飞 机 功 率 提 取 的 量 值 和 随 发 动 机 转 速 变 化 的 关 系 ; 同 时 进 行 飞 机 和 发 动 机 全 包 线 功 率 提 取 谱 的 联 合 分 析, 根 据 飞 行 情 况 和 发 动 机 特 性 表 现, 反 验 证 飞 机 的 功 率 提 取 谱 3.5 与 飞 机 联 合 开 展 性 能 评 估 方 法 研 究 3.5.1 建 立 联 合 计 算 仿 真 平 台 根 据 飞 机 飞 行 的 性 能 ( 飞 行 高 度 马 赫 数 过 载 剩 余 油 量 和 飞 行 姿 态 角 等 ), 结 合 飞 行 动 力 学 飞 机 的

第 3 期 梁 彩 云 等 : 飞 / 发 性 能 一 体 化 技 术 在 航 空 发 动 机 设 计 中 的 应 用 5 升 阻 特 性 和 非 标 准 大 气 修 正 特 性 建 立 发 动 机 安 装 性 能 评 估 模 型, 根 据 进 气 道 和 飞 机 后 体 阻 力 特 性 建 立 发 动 机 非 安 装 性 能 的 评 估 模 型 3.5.2 建 立 性 能 评 估 的 方 法 和 标 准 制 定 和 形 成 飞 机 和 发 动 机 共 同 遵 守 的 设 计 试 验 考 核 和 评 估 的 方 法 和 准 则 4 结 束 语 随 着 中 国 飞 机 和 发 动 机 研 制 工 作 的 不 断 深 入, 双 方 在 一 体 化 设 计 方 面 均 有 了 一 定 认 识, 但 在 一 体 化 联 合 设 计 实 践 方 面 步 伐 较 慢, 尤 其 中 国 发 动 机 多 数 是 以 换 装 为 目 标 开 展 研 制 的, 使 得 飞 机 与 发 动 机 并 未 经 历 1 个 完 整 的 正 向 设 计 过 程, 成 为 阻 碍 飞 / 发 一 体 化 设 计 技 术 发 展 的 主 要 因 素 随 着 对 飞 机 综 合 性 能 需 求 的 进 一 步 认 识 和 新 型 战 机 作 战 使 用 要 求 的 提 高, 对 飞 / 发 一 体 化 设 计 技 术 的 需 求 会 越 来 越 高 目 前 飞 机 和 发 动 机 双 方 的 技 术 条 件 的 传 递 主 要 还 是 以 划 界 面 提 指 标 的 方 式 开 展, 在 此 方 式 下 飞 机 和 发 动 机 双 方 应 在 各 自 设 计 过 程 中 不 断 渗 入 联 合 设 计 的 概 念, 逐 步 形 成 相 容 设 计 的 程 序 准 则 考 核 标 准, 为 飞 / 发 一 体 化 设 计 技 术 的 成 熟 奠 定 基 础 参 考 文 献 : [1] Herrick PW. Fighter aircraft/propulsion integration [R]. AIAA-1986-2658. [2] Hess P J. Engine aircraft systems integration course [R]. AIAA-1992-3762. [3] Anderson J. Airframe/propulsion integration of supersonic cruise vehicles[r]. AIAA-1990-2151. [4] Alan H,Milt D,Jim S. Anumerical simulation capability for analysis of aircraft inlet-engine compatibility[r]. ASME 2004-GT-53473. [5] Beale D K,Collier M S. Validation of a free jet technique for evaluating inlet-engine compatibility[r]. AIAA-1989-2325. [6] Beale D K,Zelenak M. Development and validation of a free jet technique for inlet-engine compatibility testing[r]. AIAA-1992-3921. [7] Beale DK,Kelly PG. Subscale validation of afree jet inlet-engine test capability[r]. AIAA-1993-2179. [8] 王 涛, 孟 庆 明. 带 矢 量 喷 管 的 一 体 化 飞 行 / 推 进 控 制 技 术 研 究 [C]// 第 九 届 航 空 动 力 自 动 控 制 专 业 学 术 会 议 论 文 集, 西 安 : 中 国 航 空 学 会,1998. WANG Tao,MENG Qingming.The research of integrated flight with aven/propulsion control technology[c]// Proceedings of the 9th Academic Conference of Aerospace Power Automatic Control, Xi 忆 an: China Aviation Society,1998.(in Chinese) [9] 王 如 根, 张 津, 胡 秉 科. 飞 机 / 推 进 系 统 一 体 化 方 案 设 计 研 究 [C]// 珠 海 航 空 学 术 会 议, 珠 海 : 中 国 航 空 学 会,1998. WANG Rugen,ZHANG Jin,HU Bingke. The research of aircraft/propulsion system integrated design [C]// Proceedings of Aerospace Power Aaviation Conference, Zhuhai: Aaviation Society, 1998. (in Chinese) [10] 王 进, 骆 广 琦, 陶 增 元. 带 推 力 矢 量 飞 机 / 推 进 系 统 一 体 化 技 术 研 究 与 发 展 [C]// 中 国 航 空 学 会 第 八 届 推 进 系 统 气 动 热 力 学 术 会 论 文 集, 成 都 : 中 国 航 空 学 会,2001. WANG Jin,LUO Guangqi,TAO Zengyuan. Aircraft with aven / propulsion system integrated technology research and development[c] // Proceedings of the 8th Propulsion System Academic Conference of China Aviation Society, Chengdu:China Aviation Society,2001.(in Chinese) [11] 季 鹤 鸣, 龚 正 真, 邵 万 仁, 等. 喷 管 与 机 后 体 一 体 化 设 计 初 探 [J]. 航 空 发 动 机,2008,34(2):27-29. JI Heming,GONG Zhengzhen,SHAO Wanren, et al. Preliminary exploration of integrated design for nozzle and aircraft afterbody[j]. Aeroengine,2008,34(2):27-29.(in Chinese) [12] 王 占 学, 黄 杰, 唐 狄 毅. 喷 管 / 飞 行 器 后 体 一 体 化 数 值 模 拟 [J]. 西 北 工 业 大 学 学 报,2000,18(4):587-590. WANG Zhanxue,HUANG Jie,TANG Diyi. Nozzle /aircraft afterbody integrated numerical simulation [J]. Journal of Northwestern Polytechnical University,2000,18(4):587-590.(in Chinese) [13] 徐 大 军, 陈 兵, 蔡 国 飙, 等. 高 超 声 速 飞 行 器 后 体 喷 管 三 维 构 型 设 计 [J]. 航 空 动 力 学 报,2009,24(2):247-254. XU Dajun, CHEN Bing,CAI Guobiao,et al. Design of three dimensional after body/nozzle configuration of air breathing hypersonic vehicle [J]. Journal of Aerospace Power,2009,24 (2):247-254.(in Chinese) [14] 车 竞, 唐 硕. 高 超 声 速 飞 行 器 后 体 / 尾 喷 管 一 体 化 设 计 [J]. 飞 行 力 学,2006,24(3):74-77. CHE Jing,TANG Shuo. Hypersonic aircraft afterbody / nozzle integrationdesign[j].flightdynamics,2006,24(3):74-77.(inchinese) [15] Lee EE. Experimental and analytical investigation of axisymmetric supersonic cruise nozzle geometry at Mach numbers from 0.6 to 1.3[R]. NASA-TP-1953. [16] 谢 业 平, 尚 守 堂, 李 建 榕, 等. 基 于 安 装 性 能 的 航 空 发 动 机 中 间 状 态 喷 管 调 节 计 划 优 化 [J]. 航 空 动 力 学 报,2014,29(1):175-180. XIE Yeping,SHANG Shoutang,LI Jianrong,et al. Aeroengine nozzle control schedule optimization with the incorporation of aircraft afterbody drag [J]. Journal of Aerospace Power, 2014,29(1): 175-180. (in Chinese) ( 编 辑 : 张 宝 玲 )