中科院工程熱物理研究所推比15新原理航空發動機研究進展
由中科院院長白春禮院士領銜、200多位專家歷時1年多深入研究推出的《科技發展新態勢與面向2020年的戰略選擇》研究報告20日下午在北京發佈。該報告預計未來10年中國可能發生19項重大科技突破，其中之一就是“新原理航空發動機樣機將有望研製成功”。
《科技發展新態勢與面向2020年的戰略選擇》報告透露，基於自主創新的新型增壓原理，通過系統發展壓縮系統氣動、結構設計方法，構建新的高推重比航空發動機科技體系，中國將很有可能研制出新原理航空發動機，在國際上首次實現推重比15以上樣機的演示實驗，為高速巡弋飛彈、高機動性能戰鬥機、臨近空間飛行器等提供高性能動力保障。
“十二五”期間該方向承擔科研經費約9000萬元，建成暫沖式壓氣機/渦輪試驗臺等平臺。新原理發動機基於某新型增壓原理和新穎流路佈局，全面突破後比同期國際先進水準推重比提高50%，對於大幅提升裝備能力具有顯著意義。
在無導葉對轉渦輪方面，研究團隊提出了不同於常規渦輪的縮放式轉子流路佈局，解决了無導葉對轉渦輪低壓出功偏低的難題；發現了對轉渦輪高負荷動葉尾緣內伸激波反射波與外伸激波的相互作用規律；揭示了進口熱斑與葉頂間隙洩漏流之間的相互作用機理，探索了控制進口熱斑演化的新策略。
在新原理發動機燃燒室方面，基於新型壓氣機出口氣流的特點，完成了新原理發動機短環形燃燒室的設計與試驗驗證；基於熄火前實際燃燒區的化學反應動力學特性，採用數值模擬與半經驗模型相結合的方法，建立了燃燒室火焰穩定邊界預測模型和評估標準，預測精度從±30%（現有國際水准）提高至±7.0%。
新型燃氣輪機關鍵技術研究方向主要包括新原理發動機科技和非相變無源冷卻科技兩個方面。新原理發動機科技是在徐建中院士的帶領下逐漸發展起來的，經過“十五”、“十一五”和“十二五”共三個五年計劃的研究，依次走過了無導葉對轉渦輪關鍵技術研發與部件試驗、新型壓氣機增壓原理驗證、發動機總體熱力迴圈設計與效能分析等階段。非相變無源冷卻科技是在唐大偉研究員的帶領下發展起來的，唐大偉研究員團隊現時是國際上唯一系統地開展此方面機理研究的團隊，已掌握了相關核心技術。
“十二五”期間，作為研究所“一三五”重點培育方向之一的新型燃氣輪機關鍵技術取得了階段性突破進展，尤其是在新原理發動機方面，在國際上第一次實現了新型壓氣機增壓原理的試驗驗證，試驗獲取的壓氣機增壓效能全面領先於國際先進水準，這一自主創新技術的突破得到了國家領導人的關注與批示。基於新型增壓原理及其試驗驗證這一覈心成果，新型燃氣輪機關鍵技術方向在中國科學院“十二五”任務書驗收中被評為“院優秀”。本文將對該方向研究工作進行簡單回顧和初步展望。
在新型壓氣機方面，徐建中院士帶領的團隊創造性地將葉輪機械轉子旋轉形成的反預旋氣動收益和衝壓效應帶來的增壓收益融合，突破了基於流道幾何變化和氣流折轉的傳統設計理論，創建了新型壓氣機設計方法和理論。一方面，新型壓氣機利用進氣預旋使壓氣機在常規水准的圓周速度下即可將其進口氣流提高到超音速，為後續的氣流壓縮儲備了增壓潜能；另一方面，新型壓氣機利用壓縮面組織波系實現超音流動條件下的低熵增壓縮。在上述原創性工作的基礎上，新型壓氣機順利通過了增壓原理的試驗驗證，軸流式壓氣機的平均級壓比首次達到2.0以上，增壓效能達到現今常規軸流壓氣機的1.2倍。該科技的突破，對於減輕壓氣機重量、縮短長度和簡化結構等作用顯著，將有力地支撐相關航空發動機的研製。
在對轉渦輪方面，徐建中院士團隊提出了不同於常規渦輪的縮放式轉子流路佈局，解决了無導葉對轉渦輪低壓出功偏低的難題；揭示了對轉渦輪高負荷動葉尾緣內伸激波反射波與外伸激波的相互作用規律；提出了在吸力面無遮蓋段設計負曲率型線降低尾緣激波疊加强度的被動流動控制方法，有效地降低了渦輪動葉尾緣激波損失、改善了渦輪出口流場的周向均勻性；發現了渦輪葉頂間隙洩漏渦渦核的生成機制與葉型的關聯性，射流剪切和渦輸運的洩漏渦渦核生成機制分別與前加載和後加載葉型相對應；分析了無導葉對轉渦輪進口熱斑時序位置、展向位置和溫比等對其遷移特性的影響，揭示了進口熱斑與葉頂間隙洩漏流之間的相互作用機理，探索了控制進口熱斑演化的新策略。
在新原理發動機燃燒室方面，徐建中院士團隊基於熄火前實際燃燒區的化學反應動力學特性，採用數值模擬與半經驗模型相結合的方法，建立了一系列準確、高效的燃氣輪機燃燒室火焰穩定邊界預測模型和評估標準，模型預測精度從±30%（現有國際水准）提高至±7.0%。此外，研究團隊還提出了基於火焰根部擴穩的湍流火焰穩定性主動控制策略，並基於該策略對航空發動機主燃燒室、加力燃燒室的穩焰裝置進行了改進與優化，有效地增强了湍流火焰的穩定性，拓寬了燃燒室穩定工作邊界。基於新型壓氣機出口氣流的特點，完成了新原理發動機短環形燃燒室的設計與三頭部扇形試驗，試驗結果均滿足設計要求。
依託於新原理發動機的研製計畫，“十二五”期間新建一座暫沖式壓氣機/渦輪實驗台和一座超音速平面葉栅實驗台。暫沖式壓氣機/渦輪實驗台可實現新原理發動機關鍵旋轉部件（對轉壓氣機和對轉渦輪）的實驗測試研究，針對對轉渦輪試驗件，平臺最高測功功率2000kW、最高轉速15000rpm；針對對轉壓氣機試驗件，平臺最高測功功率1.0MW、最高轉速30000rpm。同時，基於暫沖式壓氣機/渦輪實驗台，還成功研製出了航空發動機旋轉測試儀，該測試儀擁有72路通道、單通道頻寬50kHz、單通道分辯率16比特、單通道採樣頻率50kS/s、最高運行轉速10000rpm，具備了壓氣機/渦輪動葉表面非定常參數的量測能力。新建成的超音速葉栅實驗台可進行壓氣機葉栅和渦輪葉栅的效能和機理研究，其穩定工作時間超過30秒、均勻區平均氣流偏角低於±0.5°、均勻區平均馬赫數偏差小於±0.03、最高進氣馬赫數達到了2.5（填補了國內空白）。上述實驗台的建設有力地支撐了新原理發動機科技的發展，保障了項目的順利實施。
怎麼今天就倒退了
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