面向巡航任务的自适应循环发动机进/发匹配

doi:10.7527/S1000-6893.2023.28637

流体力学与飞行力学

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面向巡航任务的自适应循环发动机进/发匹配

王一凡, 陈浩颖, 张海波()

南京航空航天大学能源与动力学院，南京 210016

收稿日期:2023-03-02 修回日期:2023-03-20 接受日期:2023-06-07 出版日期:2024-01-25 发布日期:2023-06-16
通讯作者: 张海波 E-mail:zh_zhhb@126.com
基金资助:
国家科技重大专项(J2019-III-0009-0053);先进航空动力创新工作站项目(HKCX2020020022);国家自然科学基金(52372389)

Inlet/engine matching of adaptive cycle engine for cruise mission

Yifan WANG, Haoying CHEN, Haibo ZHANG()

College of Energy and Power Engineering，Nanjing University of Aeronautics and Astronautics，Nanjing 210016，China

Received:2023-03-02 Revised:2023-03-20 Accepted:2023-06-07 Online:2024-01-25 Published:2023-06-16
Contact: Haibo ZHANG E-mail:zh_zhhb@126.com
Supported by:
National Science and Technology Major Project(J2019-III-0009-0053);Project of Advanced Jet Propulsion Creativity Center(HKCX2020020022);National Natural Science Foundation of China(52372389)

摘要/Abstract

摘要：

进/发匹配是整个推进系统稳定、高效、经济工作的前提。针对自适应循环发动机的进/发匹配问题开展研究，提出利用自适应循环发动机特有的FLADE （Fan on Blade）部件实现亚/超声速巡航任务下的进/发匹配。首先，根据进/发匹配原理，分析了超声速进气道流量特性与FLADE部件的作用，在此基础上发展了超声速进气道/自适应循环发动机一体化数学模型；其次，研究了FLADE导叶开、闭状态下发动机的高度、速度特性，结合战机的亚/超声速巡航任务需求，设计了自适应循环发动机进气道捕获面积以实现进/发匹配；最后，在发动机亚/超声速巡航任务点进行了模拟仿真，结果表明在亚声速巡航点打开FLADE导叶吞入溢流能够使进气道的工作点从亚临界向临界状态移动，推进系统降低10.5%的油耗和1%的安装损失，在超声速巡航点下为同时满足进/发匹配特性及发动机安装推力需求，则需要关闭FLADE导叶提高推进系统的单位推力。

关键词: 自适应循环发动机, 进/发匹配, FLADE, 超声速进气道, 安装性能

Abstract:

Inlet and engine matching is the premise of stable， efficient and economic work of the whole propulsion system. In this paper， the matching problem between the inlet and the engine of the adaptive cycle engine is studied， and use of the special FLADE （Fan on Blade） components of the adaptive cycle engine to achieve the inlet and engine matching in the subsonic/supersonic cruise missions is proposed. Firstly， according to the matching principle of the inlet and engine， this paper analyzes the flow characteristics of the supersonic inlet and the role of FLADE components， and develops an integrated mathematical model of the supersonic inlet/adaptive cycle engine. Secondly， the altitude and speed characteristics of the engine with the open and closed FLADE guide vanes are studied. Combined with the subsonic/supersonic cruise mission requirements of the fighter， the capture area and throat area of the adaptive cycle engine inlet are designed， and the matching between the inlet and the engine is realized. Finally， simulation is carried out at the sub/supersonic cruise task points of the engine. The results show that opening the FLADE guide vane swallowing overflow at the subsonic cruise point can move the working point of the inlet from the subcritical to critical state， reducing the fuel consumption of the propulsion system by 10.5% and the installation loss by 1%. At the supersonic cruise point， to meet the matching characteristics of the inlet and the engine as well as the engine installation thrust requirements， it is necessary to close the FLADE guide vane to increase the unit thrust of the propulsion system.

Key words: adaptive cycle engine, inlet/engine matching, FLADE, supersonic inlet, installation performance

中图分类号:

V231.1

王一凡, 陈浩颖, 张海波. 面向巡航任务的自适应循环发动机进/发匹配[J]. 航空学报, 2024, 45(2): 128637-128637.

Yifan WANG, Haoying CHEN, Haibo ZHANG. Inlet/engine matching of adaptive cycle engine for cruise mission[J]. Acta Aeronautica et Astronautica Sinica, 2024, 45(2): 128637-128637.

图/表 17

图 1

图 2

图 3

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图 8

表 1

图 9

表 2

图 10

图 11

表 3

图 12

图 13

图 14

参考文献 31

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主管单位：中国科学技术协会主办单位：中国航空学会北京航空航天大学

序号	准则
1	安装阻力较小
2	内流总压恢复系数最大
3	对所有工作状态提供可控制的流量匹配
4	重量和费用最小，并满足寿命和可靠性指标
5	抑制声学与雷达信号
6	控制时间与空间的畸变
7	提供良好的起动与稳定性能

飞行任务名称	飞行高度H/km	飞行马赫数Ma	需求推力T/N
亚声速巡航	12.824	0.9	10 936.23
超声速巡航	9.144	1.5	47 310.54

参数	数值
飞行高度H/km	9.144
飞行马赫数Ma	1.5
总压恢复系数σ	0.929 2
流量系数φ	0.732 0
FLADE涵道比B_FLADE	0.007 6
安装推力F_in/N	47 310.54
推力F/N	51 356.44
涡轮前温度T_t4/K	1 879.01
高压转子转速N_H /%	100.02
低压转子转速N_L /%	93.65

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