噴氣發(fā)動機的案例
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迷你噴氣發(fā)動機
微型噴氣發(fā)動機是一種緊湊的高速推進裝置，其工作原理與全尺寸渦輪噴氣發(fā)動機基本相同。它吸入空氣，壓縮空氣，與燃料混合，然后點燃混合氣，產生高速廢氣，從而產生推力。微型噴氣發(fā)動機主要用于模型飛機、研究項目和教育演示，其設計精密，通常包含壓縮機、燃燒室、渦輪和排氣噴嘴等部件。盡管體積小巧，這些發(fā)動機卻能達到極高的轉速和溫度，使其成為小型噴氣推進技術的有力證明。
干貨丨圖文動畫解析航空發(fā)動機的類型及原理
這樣，熱效率和推進效率取得了平衡，發(fā)動機的效率得到極大提高。效率高就意味著油耗低，飛機航程變得更遠。
渦輪風扇噴氣發(fā)動機的優(yōu)缺點：如前所述，渦扇發(fā)動機效率高，油耗低，飛機的航程就遠。但渦扇發(fā)動機技術復雜，尤其是如何將風扇吸入的氣流正確的分配給外涵道和內涵道，是極大的技術難題。但渦扇發(fā)動機技術復雜，尤其是大涵道比涉及到方方面面的技術和適航，同業(yè)競爭等因素，當前有能力研發(fā)且占領市場的屈指可數。當前國內只有個別軍機配裝了渦扇發(fā)動機，而民用渦扇發(fā)動機尚在研發(fā)階段。
航空發(fā)動機原理——渦輪噴氣發(fā)動機
渦輪噴氣發(fā)動機的誕生:二戰(zhàn)以前，活塞發(fā)動機與螺旋槳的組合已經取得了極大的成就，使得人類獲得了挑戰(zhàn)天空的能力。但到了三十年代末，航空技術的發(fā)展使得這一組合達到了極限。螺旋槳在飛行速度達到800千米/小時的時候，槳尖部分實際上已接近了音速，跨音速流場使得螺旋槳的效率急劇下降，推力不增反減。螺旋槳的迎風面積大，阻力也大，極大阻礙了飛行速度的提高。同時隨著飛行高度提高，大氣稀薄，活塞式發(fā)動機的功率也會減小。
這促生了全新的噴氣發(fā)動機推進體系。噴氣發(fā)動機吸入大量的空氣，燃燒后高速噴出，對發(fā)動機產生反作用力，推動飛機向前飛行。
早在1913年，法國工程師雷恩"洛蘭就提出了沖壓噴氣發(fā)動機的設計，并獲得專利。但當時沒有相應的助推手段和相應材料，噴氣推進只是一個空想。1930年，英國人弗蘭克"惠特爾獲得了燃氣渦輪發(fā)動機專利，這是第一個具有實用性的噴氣發(fā)動機設計。11年后他設計的發(fā)動機首次飛行，從而成為了渦輪噴氣發(fā)動機的鼻祖。
渦輪噴氣發(fā)動機的原理:渦輪噴氣發(fā)動機簡稱渦噴發(fā)動機，通常由進氣道、壓氣機、燃燒室、渦輪和尾噴管組成。
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機械組件噴氣發(fā)動機的流動模擬
flow simulation.mp4
為什么蘇式發(fā)動機加力時多是藍色火焰，而歐美發(fā)動機多是橘紅色火焰？
這一段發(fā)動機結構往往會經過加強，又稱為加力燃燒段。
當噴氣發(fā)動機開加力時，其燃料消耗至少是正常情況下的兩倍，相應的戰(zhàn)斗機的航程也會隨之降低。以上述F119-PW-100為例，非加力油耗0.75-0.8Kg/小時Kg推力，而加力油耗1.8Kg/小時Kg推力。同時，由于開加力對急劇增加發(fā)動機內涵道后燃段的溫度和壓力，以及核心渦輪的轉速，因此開加力會縮短發(fā)動機壽命。
▲起飛中的米格-25RB
俄系噴氣發(fā)動機允許開最大加力時間一般不得超過兩分鐘，西方噴氣發(fā)動機允許開最大加力時間一般不得超過五分鐘。超過后有可能因為發(fā)動機部件受應力超過屈服強度而發(fā)生裂縫、斷裂等嚴重問題。而且開加力后的發(fā)動機在著陸后都要對渦輪葉片和燃燒室進行詳細檢查。所以，戰(zhàn)斗機一般只在重載起飛（尤其是艦載戰(zhàn)斗機）或者作戰(zhàn)時才開加力，開也不是一下子開足，而是根據需要決定?，F(xiàn)代飛機的電控系統(tǒng)可以根據需要精確的控制開加力程度，也就是燃油使用效率更高。
▲美國B1戰(zhàn)略轟炸機
三代及以下的噴氣飛機使用軍用最大推力并不能達到超音速，也就是說，即便像F15這樣的雙發(fā)重型戰(zhàn)機，也需要開加力才能超過音速。而四代機得益于所裝備的噴氣發(fā)動機的推重比提高，在不開加力的情況下依靠軍用推力就能達到1.5M的超音速水平。這也是四代機的重要指標之一。
以下從航空發(fā)動機燃燒學的角度對外焰焰色的不同稍作解釋。
上圖為一個本生燈模型，可以通過它來模擬航空發(fā)動機火焰燃燒的不同狀態(tài)。a為一次供氣的進氣量，當a為0時是純油燃燒，屬于擴散燃燒（外焰呈現(xiàn)黃色）。
當a在0-0.3直接時是富油燃燒，會有部分燃油溢出火焰面在空氣中尋求更多的氧化劑。這是一種組合火焰，內焰呈深藍色屬于預混燃燒，外焰呈黃色屬于擴散燃燒。
展開 
噴氣發(fā)動機葉片剝離模擬
[abaqus行業(yè)應用及案例] 噴氣發(fā)動機葉片剝離模擬
葉片剝離是一種嚴重事故，同時從力學上講是高度動態(tài)和高度非線性問題：發(fā)動機外殼必須防止脫離的葉片擊穿以及還要能在葉片剝離導致的不平衡力作用下繼續(xù)工作。
發(fā)動機設計和驗證可以采用Abaqus/Explicit來進行模擬。
應用 Abaqus/Standard分析勻轉速時風扇的狀態(tài)，將上述分析結果為基礎在Abaqus/Explicit 中進行后續(xù)的動態(tài)分析。
有限元模型
不同外殼厚度情況下，結構的破壞情況對比：
5mm厚度的破壞情況
4mm厚度的破壞情況
3mm厚度的破壞情況
展開 5馬赫發(fā)動機呼之欲出，美：改變游戲規(guī)則
這意味著美軍的研究已經落后中國至少5年，然而這還不是最重要的，更讓他們有危機感的是，中國高超音速發(fā)動機也借力發(fā)揮，走在了世界前面。
根據美國《大眾科學》網站5月4日報道稱，超音速燃燒沖壓噴氣發(fā)動機是一項改變游戲規(guī)則的技術，如果一切進展順利的話，未來它將不可避免的取代現(xiàn)有的噴氣式發(fā)動機，讓人類飛行提速，至少能達到5馬赫的量級。
那么什么是超音速燃燒沖壓噴氣發(fā)動機？它是一種讓空氣以超過聲速的速度流過的空氣噴氣發(fā)動機。而通過向前運動將氣流壓縮到亞音速的傳統(tǒng)沖壓式噴氣發(fā)動機遠遠達不到前者的效果。
由于中國在高超音速空氣動力學上已經取得了領先地位，因此，這種創(chuàng)新技術將很快投入到實際中去，按照美媒的推測，第一臺渦輪火箭組合循環(huán)發(fā)動機很有可能會運用到我國下一代大推力火箭上，其衍生型很可能會在WS-118發(fā)動機上做測試。
WS-118是我國未來重型運輸機的預備動力，超音速燃燒沖壓噴氣發(fā)動機將使得遠程高超音速飛行器的生產變得更可行。
如果這種新概念動力原型機試驗成功，那么在未來航空航天上，它將引領一場革命，這不亞于人類當年從渦噴發(fā)動機進入到渦扇發(fā)動機時所帶來的影響，美國預先搶占的萬億美元的發(fā)射市場或被中國分走一大塊蛋糕。
在民用領域，高超音速飛行器的生產將重新定義世界太空發(fā)射市場，美國之前走了幾十年的路或將被徹底定位，而中國將一步到位，從落后位置迅速轉變?yōu)槌?，讓那些質疑中國航發(fā)落后的人閉嘴。
展開 16張動圖講解航空發(fā)動機分類及原理，這次終于明白了！
02 渦噴/渦扇發(fā)動機
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20世紀30年代后期到20世紀40年代初，噴氣發(fā)動機在英國和德國的誕生，開創(chuàng)了噴氣推進新時代和航空事業(yè)的新紀元?，F(xiàn)代渦輪噴氣發(fā)動機的結構由進氣道、壓氣機、燃燒室、渦輪和尾噴管組成，戰(zhàn)斗機的渦輪和尾噴管間還有加力燃燒室。
渦輪噴氣發(fā)動機仍屬于熱機的一種，就必須遵循熱機的做功原則：在高壓下輸入能量，低壓下釋放能量。噴氣式發(fā)動機和活塞式發(fā)動機都需要有進氣、加壓、燃燒和排氣這四個階段。
不同的是，在活塞式發(fā)動機中這四個階段是分時依次進行的，但在噴氣發(fā)動機中則是連續(xù)進行的，氣體依次流經噴氣發(fā)動機的各個部分，就對應著活塞式發(fā)動機的四個工作位置。
空氣首先進入的是發(fā)動機的進氣道，當飛機飛行時，可以看作氣流以飛行速度流向發(fā)動機，由于飛機飛行的速度是變化的，而壓氣機適應的來流速度是有一定的范圍的，因而進氣道的功能就是通過可調管道，將來流調整為合適的速度。
進氣道后的壓氣機是專門用來提高氣流壓力的，空氣流過壓氣機時，壓氣機工作葉片對氣流做功，使氣流的壓力，溫度升高。在亞音速時，壓氣機是氣流增壓的主要部件。
從燃燒室流出的高溫高壓燃氣，流過同壓氣機裝在同一條軸上的渦輪。燃氣的部分內能在渦輪中膨脹轉化為機械能，帶動壓氣機旋轉，在渦輪噴氣發(fā)動機中，氣流在渦輪中膨脹所做的功正好等于壓氣機壓縮空氣所消耗的功以及傳動附件克服摩擦所需的功。
經過燃燒后，渦輪前的燃氣能量大大增加，因而在渦輪中的膨脹比遠小于壓氣機中的壓縮比，渦輪出口處的壓力和溫度都比壓氣機進口高很多，發(fā)動機的推力就是這一部分燃氣的能量而來的。
展開 波音在首架777X上安裝世界最大商用航空發(fā)動機GE9X
據外媒SlashGear報道，去年年初，GE航空公司在其首次試飛中成功測試了其巨型噴氣發(fā)動機GE9X?，F(xiàn)在，差不多一年后，波音公司在其首架777X飛行試驗飛機上安裝了兩臺GE9X噴氣發(fā)動機。這款發(fā)動機配有直徑達3.4米（134英寸）的巨型風扇，是世界最大商用航空發(fā)動機。
GE9X商用噴氣發(fā)動機承諾提供令人印象深刻的動力和效率組合，GE航空公司稱其在設計發(fā)動機時考慮了環(huán)境因素。據該公司稱，該型號將帶來與GE90-115B型號相同的可靠性，同時成為GE有史以來最安靜的發(fā)動機。
波音公司在周五的一份聲明中透露，將GE的兩臺GE9X發(fā)動機安裝在其777X飛機上，該型號本身在777和787夢想飛機基礎上改進發(fā)展。正如該公司之前所說，777X將是迄今為止最大，最高效的雙引擎噴氣式飛機，帶來更寬敞的機艙，更大的窗戶和“增強型架構”。
波音公司在周五的推文中分享了一段視頻，其中包含GE9X發(fā)動機安裝的圖像和剪輯，更好地展示了模型的大尺寸。在首次試飛之前，GE9X噴氣發(fā)動機已經在地面試驗中進行了多次測試。
展開 噴氣客機渦輪風扇發(fā)動機的振動診斷與改進
摘要
通過動態(tài)分析和現(xiàn)場測試對一噴氣客機的發(fā)動機振動作出診斷，發(fā)現(xiàn)渦輪葉輪的變柔導致極轉動慣量顯著下降，因而改變發(fā)動機的動態(tài)特性，使其臨界轉速接近飛機的巡航轉速，產生不應有的振動和噪聲。文章提出了具體改進方案，已為研制單位采用。
0. 引言
1993年美國某飛機制造公司精心研制出一架小型噴氣客機的樣機，當樣機以巡航速度試飛時，即發(fā)現(xiàn)機身尾部的渦輪風扇發(fā)動機有劇烈的振動，且振動通過機身傳到客艙引起噪聲水平明顯上升。該公司對這一現(xiàn)象始料未及，迫切要求咨詢專家提供處理方案。美國弗吉尼亞大學E.J.Gunter博士與作者經仔細研究發(fā)現(xiàn)，因過高估計發(fā)動機渦輪葉輪的剛性，設計師們誤以為發(fā)動機各階臨界轉速已遠離飛機的巡航轉速，而實際上發(fā)動機的一個或幾個臨界轉速十分接近巡航轉速，故產生激烈的振動，傳到客艙后引起噪聲上升。
本文通過動態(tài)分析結合現(xiàn)場測試，對發(fā)動機的振動作出診斷，并提出具體改進方案。
（提到E.J.Gunter博士，大家是不是有些熟悉或者很熟悉了呢？ 弗吉尼亞大學Gunter教授在旋轉機械行業(yè)頗有建樹，在轉子動力學領域造詣很深，并且他與軸承-轉子動力學專業(yè)軟件DyRoBeS的開發(fā)者陳文政博士兩人志趣相投，關系甚好~~~）
1.
展開 使用ANSYS CFX為渦輪噴氣發(fā)動機設計產生更少噪聲的風扇
Usanin, Aviadvigatel Perm
翻譯：上海安世亞太
前言
由于針對有害排放物和噪聲水平具有嚴格的國際標準，設計和開發(fā)燃氣渦輪發(fā)動機的公司正面臨著艱巨的任務——制造具有高生態(tài)效率的發(fā)動機。為了滿足這些要求，需要對發(fā)動機內部發(fā)生的過程進行數值模擬，以深入了解發(fā)生的情況，并確定導致這種行為的因素。對于高旁路比的航空發(fā)動機，風扇級產生的聲噪聲是發(fā)動機總噪聲水平的主要貢獻者。
針對這些噪聲要求，我們使用ANSYS CFX計算流體力學(CFD)軟件來估算不同風扇級幾何的氣動和聲學效率。
圖1. 風扇級幾何模型
幾何模型
為了開發(fā)FEGV（風扇出口導葉）的幾何，將FEGV中表面非定常壓差的區(qū)域平均振幅作為轉子-定子聲源的主要來源。振幅由風扇級的三維非定常CFD計算獲得。參考文獻表明，使用該方法的計算結果與實驗數據具有良好一致性。
圖2. FEGV形狀
這種風扇是為一種先進的新型渦輪噴氣發(fā)動機設計的。將進口導葉（IGV）和風扇出口導葉（FEGV）按20%比例縮放，以縮小分析域的規(guī)模。結果域包含1個風扇葉片通道、2個FEGV通道和4個IGV通道。網格模型由大約150萬個節(jié)點組成。研究了四種不同幾何形狀的出口導葉。
選擇徑向設計（無傾角）作為初始幾何。具有20度和30度傾斜角的葉片分別被選作第二種和第三種幾何。具有沿著葉片高度的曲線軸的葉片選作第四種幾何類型。
結果分析
所有的CFD計算都是在ANSYS CFX(CFX-5.6)中進行的，因為該軟件解決方案對非定常流動有良好的效果。對風扇級進行了非定常CFD計算，計算結果表明：
葉片中表面的壓力與吸入面之間存在非定常壓差。然后對中表面的壓差進行傅里葉變換。
展開 【5/14更新】沖壓發(fā)動機如何工作？高清動畫講解它的工作原理
沖壓式發(fā)動機是噴氣發(fā)動機的一種，他是利用高速氣流在速度改變下產生的壓力改變，達到氣體壓縮的原理來運作。
沖壓式發(fā)動機是由進氣道（也稱擴壓器）、燃燒室、推進噴管三部組成。按應用范圍劃分，目前分為亞音速、超音速、高超音速三類。
沖壓發(fā)動機比渦輪噴氣發(fā)動機簡單得多。沖壓是利用迎面氣流進入發(fā)動機后減速、提高靜壓的過程。這一過程不需要高速旋轉的復雜壓氣機，也是沖壓噴氣發(fā)動機最大的優(yōu)勢所在。
進氣速度為3倍音速時，理論上可使空氣壓力提高37倍，效率很高。高速氣流經擴張減速，氣壓和溫度升高后，進入燃燒室與燃油混合燃燒。燃燒后溫度為2000一2200℃，甚至更高，經膨脹加速，由噴口高速排出，產生推力。因此，沖壓發(fā)動機的推力與進氣速度有關。以3倍音速進氣時，在地面產生的靜推力可高達200千牛。
沖壓發(fā)動機按應用范圍劃分可以分為亞音速、超音速、高超音速三類。
亞音速沖壓發(fā)動機使用擴散形進氣道和收斂形噴管，以航空煤油為燃料。飛行時增壓比不超過1.89，飛行馬赫數小于0.5時一般不能正常工作。亞音速沖壓發(fā)動機用在亞音速航空器上，如亞音速靶機。
超音速沖壓發(fā)動機采用超音速進氣道(燃燒室入口為亞音速氣流)和收斂形或收斂擴散形噴管，用航空煤油或烴類燃料。超音速沖壓發(fā)動機的推進速度為亞音速到6倍音速，用于超音速靶機和地對空導彈(一般與固體火箭發(fā)動機相配合)。
高超音速沖壓發(fā)動機燃燒在超音速下進行，使用烴類燃料或液氫燃料，飛行馬赫數高達5~16，目前高超音速沖壓發(fā)動機正處于研制之中。由于超音速沖壓發(fā)動機的燃燒室入口為亞音速氣流，也有將前兩類發(fā)動機統(tǒng)稱為亞音速沖壓發(fā)動機，而將第三種發(fā)動機稱為超音速沖壓發(fā)動機。
展開 
案例解析|航空發(fā)動機笛卡爾網格生成
幾何背景
航空發(fā)動機（aero-engine）是一種高度復雜和精密的熱力機械，作為飛機的心臟，不僅是飛機飛行的動力，也是促進航空事業(yè)發(fā)展的重要推動力，人類航空史上的每一次重要變革都與航空發(fā)動機的技術進步密不可分。
經過百余年的發(fā)展，航空發(fā)動機已經發(fā)展成為可靠性極高的成熟產品，正在使用的航空發(fā)動機包括渦輪噴氣/渦輪風扇發(fā)動機、渦輪軸/渦輪螺旋槳發(fā)動機、沖壓式發(fā)動機和活塞式發(fā)動機等多種類型，不僅作為各種用途的軍民用飛機、無人機和巡航導彈動力，而且利用航空發(fā)動機派生發(fā)展的燃氣輪機還被廣泛用于地面發(fā)電、船用動力、移動電站、天然氣和石油管線泵站等領域。
其中渦輪風扇發(fā)動機（Turbofan Engine），亦稱渦扇發(fā)動機或者內外函噴氣發(fā)動機。是一種燃氣渦輪式航空發(fā)動機，主要特點是其首級扇葉的面積大過渦輪噴氣發(fā)動機的首級扇葉很多，部分空氣經過的渦輪噴氣發(fā)動機稱為內涵道，經由內含的渦輪驅動首級增壓扇葉推動空氣經過的外側部分稱為外涵道，增壓扇葉同時具有螺旋槳和壓縮空氣的用途的作用，能將部分吸入的空氣通過噴氣發(fā)動機的外圍提供直接推力，內外涵共同產生推力。可同時具有渦輪螺旋槳與渦輪噴氣推進發(fā)動機的雙重推力供給。
展開 基于隱形飛機噴氣式發(fā)動機雙S彎噴管的纖維纏繞工藝
【摘要】
韓國C2ES【1】和KCarbon【2】公司使用Cadfil軟件【3】設計噴氣式發(fā)動機的雙S彎噴管，其合作成果已在JEC期刊【4】上發(fā)表。
在設計雙S彎噴管時，必須提前通過工藝設計仿真工具（CAD/CAM）創(chuàng)建準確的纖維放置和纏繞軌跡。然而，對于非軸對稱的纏繞仿真，是相當困難的。
Cadfil 有幾種不同的纏繞非標準幾何形狀的設計策略。因為雙S彎噴管是一個復雜的管道（可變截面的多彎曲管），所以使用了基于相對彎曲脊柱生成的螺旋路徑的方法。這類似于相對軸線為直線的普通圓管的纏繞螺旋線。
關鍵詞：非軸對稱繞組仿真、纖維纏繞工藝仿真
基于隱形飛機噴氣式發(fā)動機雙S彎噴管的纖維纏繞工藝
在現(xiàn)代戰(zhàn)爭中，戰(zhàn)斗機、轟炸機和無人作戰(zhàn)飛行器 (UCAV) 的隱身技術是通過確?？罩袃?yōu)勢來決定戰(zhàn)爭勝負的重要因素。隱身是指一種避免被敵方雷達和紅外探測器探測到的技術。在紅外（IR）信號檢測的情況下，飛機本身的熱量，尤其是高溫的發(fā)動機和后機身發(fā)出的熱量輻射量最大。
由于必須設計飛機發(fā)動機噴嘴以實現(xiàn)紅外信號抑制，因此應用了S形噴嘴（雙S彎噴管），以使發(fā)動機的高溫部分不可見。此外，采用大縱橫比的出口形狀來降低廢氣羽流溫度的紅外特征（圖 1）。多層復合材料需滿足發(fā)動機排氣噴嘴的功能和結構要求。
圖1 (a) UCAV進氣管（綠色）和排氣噴嘴（橙色）的3D草圖 (b) 3種不同幾何形狀的排氣噴嘴
(c) 應用不同噴嘴后的紅外特征模擬結果
噴嘴的最內層由碳纖維增強碳化硅 (C-SiC) 復合材料制成，具有出色的熱穩(wěn)定性和耐腐蝕性。最外層由碳纖維增強塑料 (CFRP) 組成，這是一種輕質材料，可保持結構強度以抵抗軸向推力和內部壓力。
展開 金屬3D打印鎳單晶，加速航空發(fā)動機發(fā)展
△該團隊的研究結果已發(fā)表在Additive Manufacturing Letters，題目為《通過平頂激光束選擇性激光熔化制造純鎳單晶體》https://www.nanjixiong.com/thread-155903-1-1.html
隨著對高溫部件（如噴氣發(fā)動機）使用的增加，對通過3D打印開發(fā)鎳基高溫合金部件的需求也在增加。由于單晶在高溫下比多晶更堅固，因此它們作為耐熱材料的實際應用很有發(fā)展前景。最后，使用更便宜和可以廣泛使用的3D打印技術，與其他金屬和合金一起使用，加速耐熱噴氣發(fā)動機部件的開發(fā)，以創(chuàng)建一系列非常適合航空航天和發(fā)電應用的單晶體。
展開 藍色起源再獲新訂單，成“火神”火箭主發(fā)動機供應商
他說：“這些發(fā)動機和部件將確保聯(lián)合發(fā)射聯(lián)盟公司繼續(xù)在空間探測領域一路領跑，保持我們的成功紀錄，并繼續(xù)作為我國最重要任務的運載工具?！?航空噴氣發(fā)動機公司官員近來一直在淡化AR1在這場比拼中最終勝負的重要性，尤其是在其同美國空軍就一項協(xié)議進行了重新談判、從而將放慢AR1研制工作之后。該公司現(xiàn)在稱，AR1可作為未來一些中型運載火箭的主發(fā)動機，盡管它尚未明確這是指哪些火箭。公司發(fā)言人沃倫9月24日稱：“采用單臺AR1作動力的中型火箭非常適于成為我國一款新的主力火箭。”他說：“AR1是許多潛在解決方案的理想發(fā)動機，可為多種火箭帶來恰當的推力水平、尺寸和性能?！?/span>
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