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时间敏感网络延时组成的精确分析与测量方法

国防科技大学学报 2024年第5期46卷 189-199页

作者：付文文全巍姜旭艳孙寅涵孙志刚国防科技大学计算机学院湖南长沙410073

在依据时间敏感网络(time-sensitive networking, TSN)标准估算相邻节点之间的最大传输延迟Δt时,将不可避免地引入额外的无效等待时间,这种等待时间被称为“泡沫延时”。分析了泡沫延时对增加端到端延时和降低规划成功率的负面影响,并... 详细信息

在依据时间敏感网络(time-sensitive networking, TSN)标准估算相邻节点之间的最大传输延迟Δt时,将不可避免地引入额外的无效等待时间,这种等待时间被称为“泡沫延时”。分析了泡沫延时对增加端到端延时和降低规划成功率的负面影响,并通过细粒度地分析Δt的延时组成,首次提出Δt的精确测量方法。基于精确的Δt,消除了TSN规划时产生的泡沫延时。基于两款定制的TSN交换设备搭建了真实的测试环境,测试结果显示,泡沫延时至少占端到端延时的26.4%,并且消除泡沫延时后规划成功率提升了8.9%~39.1%。

关键词：时间敏感网络端到端延时规划成功率延时参数测量泡沫延时

并联式TBCC发动机多方案安装布局对比分析

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航空发动机 2024年

作者：黄发兰甫钟世林龚晓庆陈晖庄福建中国航发四川燃气涡轮研究院航空工业沈阳飞机设计研究所扬州协同创新研究院

针对并联式涡轮基组合循环(TBCC)发动机由于双动力、双通道、几何非对称带来的安装及传力难点,选取燃气涡轮发动机、冲压燃烧室和单边膨胀组合喷管(SERN)3个不同安装单元作为研究对象,根据3个安装单元的连接组合形式以及安装节点不同布... 详细信息

针对并联式涡轮基组合循环(TBCC)发动机由于双动力、双通道、几何非对称带来的安装及传力难点,选取燃气涡轮发动机、冲压燃烧室和单边膨胀组合喷管(SERN)3个不同安装单元作为研究对象,根据3个安装单元的连接组合形式以及安装节点不同布置形式,设计了6种安装方案,分析了不同安装方案在机动载荷和气动载荷下的载荷传递特点和规律。结果表明:全浮动与冲压喷管刚性连接方案、全刚性与涡轮喷管刚性连接方案的受力特点相似;全浮动连接方案主安装节受力最大;全刚性方案传力相对全浮动方案的更优,前者相对后者主安装节受力在限制载荷下减小57%,在极限载荷下减小55%;在全刚性方案中,主安装节设置在涡轮单元上比在SREN上更优。

关键词：并联式涡轮基组合循环发动机安装方案安装布局燃气涡轮发动机冲压燃烧室单边膨胀组合喷管载荷分析结构设计

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航空发动机健康管理系统功能架构优化方法

航空发动机 2024年

作者：王净巍吴新蔡景张瑞杨旭中国航发沈阳发动机研究所南京航空航天大学民航学院

航空发动机健康管理系统是目前先进发动机提升自身安全性、可靠性以及经济可承受性的核心系统之一,而架构设计是该系统的关键技术,高效合理的系统架构能够充分发挥系统的功能与作用。针对航空发动机健康管理系统架构设计需求,为了提升... 详细信息

航空发动机健康管理系统是目前先进发动机提升自身安全性、可靠性以及经济可承受性的核心系统之一,而架构设计是该系统的关键技术,高效合理的系统架构能够充分发挥系统的功能与作用。针对航空发动机健康管理系统架构设计需求,为了提升系统架构的高效性、合理性,实现系统功能的最优分配,开展航空发动机健康管理系统功能架构优化方法研究。比较和分析了国外发动机和飞机健康管理系统功能架构,总结了健康管理系统共同特征,并结合健康管理系统用户需求分析,提炼形成通用的发动机健康管理系统功能架构;基于该架构采用逻辑决断图和层次分析法(AHP),提出了一种针对部件和故障的功能分配方法。结果表明:所提出的分配方法可实现状态监测、故障诊断、故障预测、寿命管理及趋势分析功能向机载和地面系统的定性与定量分配;在军民用航空发动机健康管理系统设计中,可应用通用健康管理系统架构实现发动机健康管理系统核心功能及用户需求的全面覆盖,并根据发动机结构及特点采用功能分配方法实现机载、地面系统功能的优化配置。

关键词：发动机健康管理系统架构设计逻辑决断图层次分析法功能分配

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一种喷口控制的多目标约束设计方法

航空发动机 2024年第2期50卷 127-133页

作者：韩永健王曦中国航发贵州红林航空动力控制科技有限公司贵阳550009 北京航空航天大学能源与动力工程学院北京100083

为克服试凑法在控制回路参数优化中的局限性,针对涡扇发动机在加力状态易出现喷口摆动的不协调现象,考虑喷口双环控制结构工作特点,采用按需正向设计策略,按照控制系统时域、频域性能指标设计要求,制定兼顾频域、时域性能要求的内、外... 详细信息

为克服试凑法在控制回路参数优化中的局限性,针对涡扇发动机在加力状态易出现喷口摆动的不协调现象,考虑喷口双环控制结构工作特点,采用按需正向设计策略,按照控制系统时域、频域性能指标设计要求,制定兼顾频域、时域性能要求的内、外环协调控制的设计目标准则,提出一种喷口控制的多目标约束的差分进化内外环控制参数自整定优化设计方法,在双转子涡扇发动机非线性模型上进行闭环控制系统仿真验证。结果表明:在飞行高度从0增加到10 km、飞行马赫数从0加速到0.9的起飞和爬升状态进入加力过程以及平飞中保持飞行马赫数不变的关断加力过程中,发动机未出现喷口摆动等现象,涡轮落压比最大相对误差不大于1.5%,喷口闭环控制系统具有期望的伺服跟踪和抗飞行条件变化干扰能力。

关键词：喷口双环控制结构多目标约束差分进化自整定算法发动机非线性模型航空发动机

舰载全电推进系统智能燃气轮机的关键技术及发展展望

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航空发动机 2024年第2期50卷 22-31页

作者：张轲郑培英娄方远尹家录中国航发沈阳发动机研究所沈阳110015 清华大学航空发动机研究院北京100084

随着对性能、运行安全和节能减排的日益重视,对燃气涡轮发动机的设计要求越来越高。在过去的10年中,智能燃气涡轮发动机由于可以兼顾性能及可靠性而越发受到重视。通过提炼智能燃气涡轮发动机的收益及挑战,系统回顾了智能燃气涡轮发动... 详细信息

随着对性能、运行安全和节能减排的日益重视,对燃气涡轮发动机的设计要求越来越高。在过去的10年中,智能燃气涡轮发动机由于可以兼顾性能及可靠性而越发受到重视。通过提炼智能燃气涡轮发动机的收益及挑战,系统回顾了智能燃气涡轮发动机涵盖的技术领域及需求。通过与航空发动机及地面燃气轮机的典型任务剖面差异进行对比,提出针对舰载燃气涡轮发动机智能化特色需求。在此基础上,梳理出进气畸变实时监测及畸变指数评估、压缩系统喘振预警及叶片振动监测、高压涡轮自适应热管理和高温旋转件叶尖间隙测试4项关键技术。重点讨论了每项关键技术带来的收益、国内外研究现状及实施这些技术所面临的挑战。然而,上述关键技术的落地仍需从单一技术的成熟及完善、多维度的技术收益论证2个层次持续开展相关工作。

关键词：智能燃气轮机舰载燃气轮机航空发动机先进感知与控制全电推进

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适应飞机需求的进气预冷技术路线分析

航空发动机 2024年第2期50卷 58-64页

作者：张彦军刘太秋扈鹏飞于学明中国航发沈阳发动机研究所沈阳110015 中国航空研究院北京100029

为了综合评价高超飞机用高Ma的涡轮发动机及其组合动力的预冷技术方案,从工程应用角度以飞机动力需求为牵引,开展了射流预冷、超临界氦强预冷和燃油强预冷技术方案的对比分析。针对3种预冷技术方案的原理、技术优势、存在的问题,以及适... 详细信息

为了综合评价高超飞机用高Ma的涡轮发动机及其组合动力的预冷技术方案,从工程应用角度以飞机动力需求为牵引,开展了射流预冷、超临界氦强预冷和燃油强预冷技术方案的对比分析。针对3种预冷技术方案的原理、技术优势、存在的问题,以及适应飞机需求的标志性技术指标开展分析和评估,从跨速域时性能、技术难度及风险、付出的成本代价和周期,以及发展前景等方面开展了综合分析。结果表明:从满足产品需求的角度出发,与超临界氦强预冷和燃油强预冷技术方案相比,射流预冷技术装置结构简单、可靠性高、总压损失小、可与进气道高度集成、供水量适度,以及涡轮发动机本身提供的功率足以驱动射流预冷系统无需额外能源,是目前涡轮发动机扩包线的较优方案。

关键词：组合动力进气预冷射流预冷强预冷航空发动机技术路线

变循环发动机后涵道引射器的研究现状与关键技术

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航空发动机 2024年第3期50卷 1-8页

作者：于海涛施磊付垚葛笑楠朱健中国航发沈阳发动机研究所沈阳110015

变循环发动机是航空发动机的发展方向。相较于传统的航空发动机,变循环航空发动机在加力燃烧室中设置了后涵道引射器这一典型可调几何机构,以满足整机对气动匹配、推力和燃油经济性的需求。讨论了变循环发动机后涵道引射器的发展历程、... 详细信息

变循环发动机是航空发动机的发展方向。相较于传统的航空发动机,变循环航空发动机在加力燃烧室中设置了后涵道引射器这一典型可调几何机构,以满足整机对气动匹配、推力和燃油经济性的需求。讨论了变循环发动机后涵道引射器的发展历程、布置位置、结构形式等,分析了后涵道引射器的结构特征和功能特点,点明了对加力燃烧室气动热力性能、结构尺寸的影响和对发动机推力、耗油率的影响。同时,结合后涵道引射器的发展历程和技术特征,指出了其在性能、结构和控制等方面需要深入研究的快速响应、精准控制和高可靠性等关键技术。通过对后涵道引射器的讨论和分析,以期为变循环发动机乃至未来涡轮基组合循环发动机的后涵道引射器性能和结构设计提供参考。

关键词：后涵道引射器加力燃烧室变循环发动机航空发动机关键技术

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粉末高温合金FGH4099疲劳小裂纹扩展试验

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航空发动机 2024年

作者：郭秩维赵作鹏胡绪腾南京航空航天大学能源与动力工程学院中国航发沈阳发动机研究所

为了解轮盘特征部位小裂纹萌生及演化扩展过程与应力特征、载荷环境条件、表面缺陷特征等因素的相关规律，基于FGH4099合金涡轮盘轮缘结构特征设计特征模拟件，结合其典型的使用温度和载荷，开展了在高温条件下自然萌生疲劳小裂纹扩展... 详细信息

为了解轮盘特征部位小裂纹萌生及演化扩展过程与应力特征、载荷环境条件、表面缺陷特征等因素的相关规律，基于FGH4099合金涡轮盘轮缘结构特征设计特征模拟件，结合其典型的使用温度和载荷，开展了在高温条件下自然萌生疲劳小裂纹扩展试验。通过疲劳中断试验和表面复型技术在不同温度和应力比条件下对结构模拟件的裂纹萌生和小裂纹扩展行为进行了观测和分析。结果表明：试验温度升高能显著降低特征模拟件疲劳裂纹萌生寿命占比，对裂纹扩展至工程可检裂纹尺寸时的寿命占比影响较小；缺口部位最大主应力位置和表面夹杂物位置是决定特征模拟件疲劳裂纹萌生位置的主要因素；当裂纹萌生机制或裂纹萌生处缺口半径尺寸不同时，疲劳小裂纹扩展速率表现为不同变化趋势。

关键词：粉末合金 FGH4099 疲劳小裂纹裂纹萌生裂纹扩展航空发动机

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纯氢/混氢碳氢燃料喷嘴技术综述

航空发动机 2024年

作者：王雅芬符鹏飞裴鑫岩侯凌云清华大学航空发动机研究院

在民用飞机日益普及的时代，大气中飞机尾气排放对环境的污染问题日益凸显，发动机碳排放需要进一步降低，而氢能的使用为实现零碳排放提供了可能。介绍了氢气与不同碳氢燃料特性，阐述了氢作为航空发动机和燃气轮机燃料的优势，以及纯... 详细信息

在民用飞机日益普及的时代，大气中飞机尾气排放对环境的污染问题日益凸显，发动机碳排放需要进一步降低，而氢能的使用为实现零碳排放提供了可能。介绍了氢气与不同碳氢燃料特性，阐述了氢作为航空发动机和燃气轮机燃料的优势，以及纯氢/混氢燃料在主燃烧室设计中带来的诸多挑战。基于氢气及航空煤油等碳氢燃料的基础特性，以纯氢气及以混氢燃料喷嘴技术为研究对象，总结和讨论了氢燃料在航空发动机、燃气轮机中的应用及喷嘴设计技术。同时，考虑氢燃料的加入对燃烧稳定、排放和火焰传播速度的影响，阐述了氢燃料喷嘴发展的关键技术，包括氢燃烧组织及喷嘴设计、低N OX排放氢燃烧、氢燃烧防回火和氢燃烧不稳定抑制等技术，为氢燃料航空发动机燃烧室喷嘴设计提供了新思路。

关键词：喷嘴纯氢燃料混氢碳氢燃料气液双燃料氢能燃烧室航空发动机燃气轮机