基于次流喷射的大涵道比涡扇发动机无阻流板反推实现机理研究

传统的机械式反推力装置通常会使短舱增重20%-30%，而且密封性差、作动机构复杂、维护成本高。为突破传统技术约束，本研究提出基于核心二次流喷射形成气动阻流板替代机械阻流板的流体反推力概念。与机械式反推装置相比，流体反推力概念由于取代了机械式阻流板，可明显降低短舱重量、减少机械调节复杂性，因此，开展流体反推力技术研究并将其应用到高涵道比涡扇发动机的气动设计中具有重要的意义。正是基于这一考虑，本项目将应用实验与数值模拟相结合方法，研究基于二次流喷射的流动主动控制技术实现反推力的机理，分析风扇涵道流、二次流、绕短舱外流相互干涉的流场精细结构，建立风扇涵道流流量、压比、流速，二次流流量、喷射位置、喷射角度等气动和几何参数的关联关系，并定量分析涡扇发动机环境下不同热力循环参数对新型反推装置反推力和反推效率的影响，确定最优的流体反推力装置设计参数，为更深入开展流体反推力概念提供科学依据。

传统的机械式反推力装置通常会使短舱增重20%-30%，而且密封性差、作动机构复杂、维护成本高。为突破传统技术约束，本研究提出基于核心二次流喷射形成气动阻流板替代机械阻流板的流体反推力概念。与机械式反推装置相比，流体反推力概念由于取代了机械式阻流板，可明显降低短舱重量、减少机械调节复杂性，因此，开展流体反推力技术研究并将其应用到高涵道比涡扇发动机的气动设计中具有重要的意义。. 本项目采用模型试验与数值模拟相结合方法，研究了基于二次流喷射的流动主动控制技术实现反推力的机理，分析了风扇涵道流、二次流、绕短舱外流相互干涉的流场精细结构，研究了风扇压比、二次流压比、二次流喷射位置、二次流喷射角度等气动/几何参数对无阻流板式反推力装置反推性能的影响，对无阻流板式反推力装置进行了近似建模及参数优化研究，建立了反推性能参与与气动及几何参数的关联关系，并分析了新型反推装置工作时二次流喷射量对发动机反推力性能参数和工作点的影响，为更深入开展流体反推力概念提供科学依据。.试验及数值模拟结果表明：风扇压比、二次流压比、二次流喷射位置、二次流喷射角度、叶栅安装角以及叶栅稠度对无阻流板式反推力装置反推性能都有明显的影响，在一定的二次流流量比的约束下，存在最佳参数选取范围使反推性能达到最佳。同时通过研究发现，由于二次流流量比的限定，射流控制反推技术并不适用于超大涵道比发动机。. 通过试验设计（DOE）及响应面法（RSM），对无阻流板式反推力装置进行了近似建模及参数优化研究，建立风扇涵道流流量、压比、流速，二次流流量、喷射位置、喷射角度等气动和几何参数的关联关系；通过方差分析表明，风扇压比、二次流压比、二次流喷射位置、二次流喷射角度及叶栅安装角是对无阻流板式反推性能有显著影响的参数；在满足引气量的要求下，对无阻流板式反推力装置进行了参数优化，获得了接近60%的反推力比。. 本项目通过对无阻流板式反推的试验及数值模拟，得到了关键影响参数对无阻流板式反推性能的影响规律，获得了各参数间的耦合关系及性能优化方案，为新型无阻流板式反推的研究提供了一定的技术基础。