kulite.com › asset › media › 2017/05 PDF 2017年5月31日 — 2017年5月31日 飞机发动机传感器商业应用...减轻重量,提高可靠性并满足更高...数字和/或模拟输出。
引言 2-1 2.1 固定翼飞机应用的燃气涡轮发动机模拟 2-1 2.1.1 初步设计概要 2-3 2.1.1.1 燃气涡轮概念设计流程 2-4 2.1.1.2 任务发动机或循环选择 2-7 2.1.1.3 控制系统概念定义/评估 2-10 2.1.1.4 燃气涡轮循环设计方法 – 数值优化 2-13 2.1.2 设计和验证概要 2-16 2.1.2.1 技术风险评估 2-16 2.1.2.2 硬件在环 2-22 2.1.2.3 飞机模拟 2-25 2.1.2.4 安装对整台发动机的影响 2-29 2.1.2.5 统计分析 2-32 2.1.3 系统设计和开发概要 2-36 2.1.3.1 性能 2-37 2.1.3.2 可操作性 2-55 2.1.3.3 寿命评估和耐久性 2-60 2.1.3.4 恶劣天气 2-65 2.1.3.5 控制 2-67 2.1.4 认证后和在役支持概要 2-72 2.1.4.1 用户环境 2-73 2.1.4.2 发动机模型的需求和用户要求 2-74 2.1.4.3 发动机健康监测和故障诊断 2-75 2.1.5 固定翼应用的参考资料 2-91 2.2 旋翼飞机应用的燃气涡轮发动机模拟 2-93 2.2.1 历史 2-93
性能模型的应用将引起许多读者的初步兴趣,并提供了 22 个示例的详细回顾。它涵盖了从初步设计到在职支持,并包括教育示例。然后,该文件描述了几种完整发动机模型的特点,包括用于实际设计新涡轮发动机及其部件的复杂和详细模型。这些模型通常具有专有性质。所有现代性能模型都在计算机平台上执行,这通常决定了模型的形式或构造,以及执行的方法和速度。其中包括一章描述当前的计算机平台和软件以及可能的未来发展。包括示例可执行性能模型,这是由于报告的电子格式而成为可能的。最后,描述了组件数学建模的几个最新和先进的发展。附录包含模型用户调查的结果,词汇表完善了文档。
引言 2-1 2.1 固定翼飞机应用的燃气涡轮发动机模拟 2-1 2.1.1 初步设计概要 2-3 2.1.1.1 燃气涡轮概念设计流程 2-4 2.1.1.2 任务发动机或循环选择 2-7 2.1.1.3 控制系统概念定义/评估 2-10 2.1.1.4 燃气涡轮循环设计方法 – 数值优化 2-13 2.1.2 设计和验证概要 2-16 2.1.2.1 技术风险评估 2-16 2.1.2.2 硬件在环 2-22 2.1.2.3 飞机模拟 2-25 2.1.2.4 安装对整台发动机的影响 2-29 2.1.2.5 统计分析 2-32 2.1.3 系统设计和开发概要 2-36 2.1.3.1 性能 2-37 2.1.3.2 可操作性 2-55 2.1.3.3 寿命评估和耐久性 2-60 2.1.3.4 恶劣天气 2-65 2.1.3.5 控制 2-67 2.1.4 认证后和在役支持概要 2-72 2.1.4.1 用户环境 2-73 2.1.4.2 发动机模型的需求和用户要求 2-74 2.1.4.3 发动机健康监测和故障诊断 2-75 2.1.5 固定翼应用的参考资料 2-91 2.2 旋翼飞机应用的燃气涡轮发动机模拟 2-93 2.2.1 历史 2-93
以维护、修理和大修 (MRO) 的形式对商用飞机燃气涡轮发动机进行维护是现代商用飞机系统生命周期中的主要活动。一家典型航空公司的维护成本中约有 40% 来自发动机 MRO。因此,MRO 行业一直在寻找机会降低成本,使航空公司能够以可承受的价格长期维持飞机。当前的 MRO 决策支持工具侧重于发动机状态监测和故障诊断系统,现有文献大多侧重于开发这些系统的算法。然而,很少有研究人员提出如何设计一套更广泛的基于计算机的决策支持工具来满足发动机 MRO 社区的各种其他认知需求。除了发动机状态监测和故障诊断外,还可以在故障预测、维护规划、工作范围生成和配置管理等领域找到其他认知需求。
在飞机和发动机的各种系统中使用电力技术被认为是改善其基本特性最有前途的方向之一[1]。根据“全电动飞机”的概念,电能将应用于飞机的所有系统,包括燃气涡轮发动机的动力装置,目前仍使用液压和气动装置。“电动”燃气涡轮发动机(EGTE)无需压缩机和附件齿轮箱(AGB)的空气选择即可实现,它们驱动发动机和飞机的装置:泵、发电机、恒速旋转驱动器等。在其系统中,使用电动装置来驱动燃油泵和气路机械化装置。对于发动机转子的减重,有两种选择:使用普通滚动轴承和电动机驱动的润滑系统,以及使用不需要润滑的磁轴承。第二种选择前景更渺茫,因为制造难度较大
250 至 1000 马力的小型燃气涡轮发动机的性能明显低于大型发动机。这种尺寸的发动机通常用于旋翼机、通勤机、通用航空和巡航导弹应用。小型发动机效率较低的主要原因是众所周知的:由于尺寸效应,部件效率低 8 至 10 个百分点。由于叶片和冷却限制较小,小型发动机设计用于较低的循环压力和温度。为大型发动机发展起来的高度发达的分析和制造技术不能直接转移到小型发动机上。因此,人们认识到需要集中精力解决小型发动机的技术问题,这可能会显著影响其性能。最近,在 NASA/Army-AVSCOM 的联合赞助下,NASA 刘易斯研究中心进行了内部和合同研究,以确定先进的发动机循环和部件要求,以大幅提高小型燃气轮机的性能,以实现预计的 2000 年应用。本文介绍了内部研究和与 Allison、AVCO Lycoming、Garrett、Jeine CAE 和 Williams International 合作开展的合同研究的结果。重点强调了旋翼机的结果,预计可节省 22% 至 42% 的燃料。同时还估计直接运营成本将降低 11% 至 17%,具体取决于燃料成本。确定了适用于所有发动机应用的高回报技术,并描述了开发高回报技术的实验研究的最新结果。
关键技术:• 3D 空气动力学,即高负荷压缩机和涡轮机→部件效率、重量、SFC• 最先进的稀薄燃烧→SFC、排放• 先进材料(高温和金属复合材料)→更高的 T4、重量、SFC• 先进的冷却技术→更高的 T4、重量、SFC• 先进的机械设计和密封→更紧密的间隙和缝隙、效率、SFC
摘要 2-1 2.1 简介 2-1 2.2 主动控制的总体思路 2-1 2.3 组件技术 2-6 2.3.1 进气口 2-6 2.3.1.1 主动进气口控制 2-6 2.3.1.2 主动噪声抑制 2-8 2.3.1.3 主动噪声消除 2-8 2.3.2 风扇和压缩机 2-8 2.3.2.1 组件要求 2-8 2.3.2.2 主动喘振控制 2-9 2.3.2.3 主动流量控制 2-11 2.3.2.4 主动间隙控制 2-13 2.3.2.5 主动振动控制 2-14 2.3.3 燃烧室 2-15 2.3.3.1 简介 2-15 2.3.3.2 控制过程的物理原理 2-16 2.3.3.3 主动燃烧控制的最新进展 2-17 2.3.3.4 AIC 控制组件 2-18 2.3.4 涡轮 2-19 2.3.4.1 组件要求 2-19 2.3.4.2 主动间隙控制 2-20 2.3.4.3 冷却空气控制 2-22 2.3.4.4 主动流量控制 2-23 2.3.4.5 可变涡轮容量 2-24 2.3.5 喷嘴 2-24 2.3.5.1 主动噪声控制 2-24 2.3.5.2 自适应喷嘴 2-26 2.3.5.3 推力矢量 2-27
飞机或旋翼机燃气涡轮发动机某些关键子系统的电气化为下一代航空发动机提供了许多宝贵的优势,如减轻重量、降低能耗、提高子系统和整个推进系统的效率、加快响应速度、更快更容易维修、比液压和气动系统可靠性更高、减少油耗、提高有效载荷能力、降低总生命周期成本、提高可维护性、发动机维护和操作更清洁、更好地分配机载资源、为维护和客户提供实时数据、提高健康监测能力等。发动机子系统的电气化还可以开发新的创新型飞机和发动机配置,例如,去除笨重而复杂的(发动机和/或飞机)附件驱动变速箱(ADG)或为 IGV、推力反向器门或任何其他可变几何部件引入和使用更多的 EMA(机电执行器)。在发动机和子系统(如润滑系统)中集成更多更智能的传感器是另一个明显的优势(例如油渣监测传感器或油箱液位传感器)。还将讨论更多电气子系统的集成,并了解与电源和热管理相关的固有风险(参见 AVT-RTG-333“将推进、电源和热子系统模型集成到飞行器概念设计中”)。因此,建议对涡扇和涡轴子系统电气化的当前趋势进行分析,并组织关于此主题的 RSM,目的是将 AVT 小组定位在此技术发展的前沿。背景