先进通用核心机派生发展的理念、方法及实践

doi:10.7527/S1000-6893.2024.29713

Abstract

Abstract:

This paper summarizes the historical background and certain typical derivative cases of the core engine. The concept and advantages of the advanced versatile core engine and its derivative are expounded， and the basic methods for the advanced versatile core engine derivative are demonstrated， including the versatile core engine flow selection， thermal cycle parameters selection， component configuration selection， and efficient and stable working range determination of components. In addition， the development process of an advanced versatile core engine is introduced from the aspects of market positioning， determination of advanced performance， and core engine scheme design， and the development of the aircraft turboshaft engine， turboprop engine， turbofan engine and vehicle gas turbine derived from it is explained. The possibility and the advantages of the versatile core engine in reducing risk， shortening cycle-time， and saving expenditure are demonstrated by the practice of several versatile core engine derivative development.

Key words: advanced versatile core engine, derivative, technical and economic advantage, aero-engine, serialization

CLC Number:

V231

Zeyong YIN, Gaiqi LI, Jiancheng SHI, Yueqian YIN. Concept, method and practice of advanced versatile core engine derivative[J]. Acta Aeronautica et Astronautica Sinica, 2024, 45(7): 29713.

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发动机类型	推力/功率等级	需求量/台	市场价值/亿美元
涡轴发动机	<800 kW	1 018	4.9
	800~1 500 kW	1 052	13.7
	>1 500 kW	484	10.2
涡桨发动机	<800 kW	967	4.8
	800 ~1 500 kW	1 020	6.1
	>1 500 kW	120	0.56
涡扇发动机	<2 000 kgf	624	8.6
	2 000~4 000 kgf	1 340	22.9
	4 000~10 000 kgf	810	37.2
燃气轮机	<500 kW	900	6.0
	500~1 500 kW	500	4.8
	>1 500 kW	300	5.0

对象	构型	参数	指标	国际在役发动机核心机指标^［21］
压气机	3级轴流+1级离心	绝热效率	约0.80	0.79~0.80
压气机	3级轴流+1级离心	低疲劳循环寿命/次	约15 000	~15 000
燃烧室	环形回流	燃烧效率	0.998	0.995~0.999
燃烧室	环形回流	总压损失/%	3.5	3.5~4.0
涡轮	2级轴流	绝热效率	约0.89	0.85~0.89
涡轮	2级轴流	低疲劳循环寿命/次	约12 000	~12 000
核心机		进口流量/（kg∙s^-1）	约4.0	4.0~5.0
		压比	≥13	12~16
		T₄/K	约1 550	1 350~1 600
		涡轮出口温度/核心机进口温度	约4.0	3.7~4.2

发动机	功率/ kW	耗油率/ （kg·kW^-1·h^-1）	单位功率/ （kW·s·kg^-1）	压气机换算流量/ （kg·s^-1）	压比	涡轮进口总温/K	首翻期寿命/h	研制国家
AEP100	900	0.31	约225	约4.0	>13	约1 550	3 000	中国
PT6A-65B^［21］	820	0.326	约191	4.3	10.0		3 500	加拿大
ARDIDEN-3TP^［21］	900	0.315			约13	约1 450	5 000	法国
TPE331-10^［21］	746	0.338	214	3.49	10.8	1 323	3 000	美国

发动机	起飞推力/ kgf	起飞耗油率/ （kg·kgf^-1·h^-1）	12 km、Ma=0.6巡航耗油率/ （kg·kgf^-1·h^-1）	总压比	涡轮前温度/ K	首翻期/ h	推重比/ （kgf·kg^-1）	研制国家
派生发展的涡扇	约850	约0.46	约0.69	约16	约1 550	约3 000	约3.7	中国
PW617F1-E^［21］	784	0.52*	0.74	12.4	1 320	3 500	4.5	加拿大
FJ44-1AP^［21］	952	0.486*		13.5	1 280	3 500	4.0	美国
HF120^［21］	929	0.48*	0.714	24	1 480	5 000	4.2	美国和日本联合研制

发动机	核心机的共用图号比例/%	核心机图号占整机图号比例%	核心机价值占整机价值比例%
涡轴型	100	72	约75
涡桨型	98	62	约65
涡扇型	95	52	约55
燃机型	90	44	约46

Concept, method and practice of advanced versatile core engine derivative

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