航空发动机需要提高其性能,以确保安全性、便利性、维护和环境。“下一代喷气发动机技术设计与分析(DANTE)”的研发计划涉及发动机系统性能、高压压缩机、降噪和复合结构的四项关键研究。采用新技术的新发动机概念将提高发动机的基本性能,包括油耗和推力。精确预测高压压缩机的行为将提高发动机性能。航空声学设计技术将解决与更高涵道比发动机相关的噪声问题。评估复合材料结构的耐久性将有助于延长组件的使用寿命。
发动机性能改进技术
提出了包含新兴组件的推进系统模型。针对这些模型评估模型的油耗和重量。
高效压缩机设计技术
高性能、高效率的多级压缩机设计技术采用高精度的 CFD 代码开发。
降噪技术
通过计算和实验方法,研究了降低未来超高旁路发动机进气口失真和发动机噪声的技术。
复合材料结构疲劳损伤模拟技术
通过疲劳分析研究了评估复合材料结构(如 CFRP 风扇叶片和 CMC 低压涡轮叶片)耐久性的技术。
涡轮风扇发动机推进的动力由核心发动机产生。世界主要喷气发动机制造商主导着核心发动机的生产,尤其是燃烧室和高压涡轮机等高温、高压部件。对于已经在低压部件中占有良好份额的日本制造商来说,获得其份额将是一个飞跃。JAXA 启动了一个新项目,旨在获得有竞争力的技术来减少 NOx(氮氧化物)和CO2(二氧化碳)。项目名称 “En-Core” 表示环境兼容的核心引擎。
En-Core是一个为期6年的研发项目,直到2023财年。它由“超低 NOx 稀薄预混燃烧器”和“高温高效涡轮”技术开发两大目标组成。CMC(陶瓷基复合材料)的使用将是减少这两个目标中冷却空气使用量的关键技术。
超低 NOx 稀薄燃烧器
最新航空发动机中的大多数燃烧室都采用 RQL(富燃/快速淬火/稀薄燃烧)燃烧方法。RQL 方法在稳定燃烧的同时减少了 NOx 排放,但在目前的这种方法下,进一步减少 NOx 排放似乎很困难。JAXA 一直在研究稀薄燃烧(=稀薄预混燃烧)方法,其 NOx 排放量低于 RQL 方法。稀薄燃烧是以混合比进行的燃烧,其中燃料量与完全燃烧的燃料量相比较小。En-Core 项目旨在展示世界上氮氧化物排放量最低的燃烧室性能。使用 CMC 通过减少冷却空气来增加燃烧空气,是实现超低 NOx 稀薄燃烧器以及抑制燃烧振荡的关键。还将开发用于实际燃烧器的技术,例如燃料喷嘴的热管理和燃料控制。
RQL 燃烧器
稀燃燃烧室
高温高效涡轮机
具有竞争力的更高效率是涡轮机技术发展的目标。将整合较小的冷却空气使用量和 3D 空气动力学设计以减少损失。CMC 的耐热性比最新的高温合金高约 200 °C,采用先进的冷却结构和各种空气动力学设计。
CMC 定子叶片设计技术
使用比目前应用的高温合金具有更高热阻的陶瓷基复合材料 (CMC),将减少冷却空气造成的损失。
薄膜冷却技术
这项技术将减少高压涡轮周围的高温气流和通过叶片冷却孔喷射的冷却剂空气造成的混合损失。
叶片内部冷却技术
通过采用具有更高冷却效果的内部冷却结构,将减少高压涡轮所需的冷却空气。
通过 3D 空气动力学设计技术减少损耗
涉及的基础研究技术文件如下:
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