学霸的军工科研系统 第70章 通往下一代航发的钥匙

    第五代发动机，眼下当然是不可能的。

第三代是F110、AL31F这些推比8左右的型号。

第四代是F119、F135、AL51F这些推比10以上的型号。

如果按照常浩南的想法把涡扇10给造出来，那大概就会直接跳过原教旨主义的第三代，直接进入三代半的范畴。

当然，三代和四代发动机的区别实际上有很多，可以说从原始设计思路、制造工艺、材料选取上都有区别。

推重比只不过是最后反映在性能上的一个最直观数据罢了。

当然，中间还夹着个三代半，也就是像后期型的F110、F414、AL41F这些底子还是三代发动机，但应用了部分四代发动机的技术，导致性能已经明显高于自己老前辈们的升级版本。

值得一提的是，第四代发动机在最基本的原理上和第三代并无区别，因此仍然存在着那个从物理上无法规避的性能取舍——高速取向的型号油耗普遍惊人，而低速取向的型号超音速性能则会极其拉胯（详细解释请回看415章）。

正是为了解决这个矛盾，在各国有关第五代发动机的概念设计中，才普遍引入了自适应变循环模式。

在低速工况下，它可以是一台省油的中等涵道比涡扇发动机，而在高速情况下，它甚至可以化身为一台高性能的涡喷发动机。

所以，第五代发动机虽然在纸面数据上未必能再次实现8到10这样恐怖的跨越，甚至反而有可能因为多了一套变循环装置，导致海平面推重比不升反降（自重变大了，推力没变大那么多），但装在飞机上的实际性能却会远远超过第四代。

只不过，可变循环虽然思路简单，但真要想实现起来，那还是有太多细节要完善了。

甚至一直到常浩南重生之前那会，大家都还没确定下来具体哪种变循环技术路径更加可行。

别的不说，压气机的具体设计理念，就要进行一次几乎翻天覆地的转变。

所以简单聊了聊未来对国产发动机型谱的规划之后，常浩南和刘永全还是重新回到了眼前的研究上来。

“多排叠加的全覆盖气膜冷却……”

刘永全把这个有点拗口的名词重复了一遍。

“没错。”

常浩南带着刘永全来到旁边的实验桌旁，一台笔记本电脑正放在上面，屏幕中正显示着一张等温曲线图：

“我之前本来觉得，用目前的TORCHMultiphysics软件就可以直接完成气热耦合模拟，但真正操作起来，发现还是把情况想的太简单了。”

他说着把曲线图的一个部分用画笔工具圈了出来：

“你看，主流与高动量冷却射流相接触后，将在射流下游的两侧区域产生一对旋向相反的涡结构，这对涡结构的旋转方向起到聚拢壁面冷却气抑制横向扩散的作用，同时其也有抬离壁面冷却气的趋势。”

“所以……”

这张图，刘永全还是看懂了的：

“所以吹风比（冷却气流的动量）越大，主流越是难以压制冷却射流，冷却气会越早离开固壁表面，导致对下游的冷却效果越差？”

常浩南点点头，心说不愧是在原来的时间线上真正把涡扇10带入成熟的人，尽管目前除了发型比较大佬之外总体还略显经验不足，但基本功确实可以，只是看了几眼便很快抓住了关键结论：

“没错，所以如果综合考虑整个发动机的气热耦合效应，就会发现如果一味地提高冷却气用量，那么越往后，冷却效果的提升越不明显，很快就会触碰到一个上限，而且因为气流损失太大，还会影响到发动机本身的性能，甚至是工作稳定性。”

“这一点，不做工程上的整体考量，而是只研究对叶片的气膜冷却效果的话，是不可能发现的，我推测，这应该也是美国人那边目前正在走弯路的原因之一。”

在自己的判断被常浩南肯定之后，刘永全几乎是下意识地想到了最直接的办法：

“如果我们扩大气膜孔的孔径，不就可以在冷却气用量不变的情况下降低气流流速，改善……”

但他很快就自己否定掉了：

“不对，单纯增加气膜孔孔径会导致压力损失变大，得不偿失……”

“那常总，如果把冷却孔从圆柱形改成锥形，进口面积小，出口面积大，不就可以改善气流对叶片表面的覆盖性了？”

这下子，常浩南确实对他有些刮目相看了。

异形孔的冷却效果好于圆孔，这搁在20年后是任何一个相关专业本科生都会知道的事情，但是放在眼下，整个华夏对这方面的研究还处在一片空白。

前世是直到大概一年多以后，罗尔斯·罗伊斯公司到西北工大赞助了一个跟主动冷却有关的研究课题，才让华夏这边意识到了这一点。

工程上的东西，有时候就像是一层窗户纸，捅破了，看上去也就是那么回事，但要是没有人引导，那光是找窗户在哪，就得花上不少时间。

而刘永全至少在很短的时间里，就摸索到了正确的方向。

“思路没错，但可以更进一步。”

常浩南从旁边取来纸笔，在纸上画了个示意图：

“其实冷却孔本身没有必要做大的改动，只要在出口部分，也就是孔的末端连接一个扩张段就可以了，这样压力损失更小，而气膜孔出口处的流速还可以大幅度降低。”

“流速降低就是动量降低，冷却气几乎不会发生吹离作用，壁附效应更好。”

“而且，主流与冷却气之间的相互作用较弱，射流两侧的肾形涡强度较弱，子午面区域会形成与反肾形涡对结构，还能增强了冷却气的横向扩散作用，可以让冷却气膜更加均匀！”

“那……”

刘永全此时只有一种醍醐灌顶的感觉，整个问题的解决办法看上去好像简单到跟1+1差不多：

“那我们只要把圆孔改成这种……这种异形孔就行了？”

“那当然不可能这么简单，我刚刚说的只是基本原理而已。”

常浩南把笔放到一边，摆了摆手回答道：

“异形孔形成的气膜在提高孔下游有效度的同时，也会提高这个部分的传热系数，所以对本身传热系数较低的固壁区域冷却效果比较差。”

“并且，这种别扭的开孔方式必定影响到工件的结构强度，我们造的是航空发动机，对于过载是有要求的，况且高温、高离心力、强气流冲击的环境本身也对结构可靠性是个考验。”

“所以，到底采用什么样的孔型，如何设计气膜孔在工件表面的分布，孔道的角度——不仅是俯仰角，还有横向角度要如何设计，这些都是问题，都要取舍。”

“所以我才要专门订购一台设备，一方面是研究具体的气膜冷却方案，另一方面，也是给下一个大版本迭代的TORCHMultiphysics软件累积一些数据，气热耦合这块，跟单纯的力热耦合还有不小区别，恐怕需要一个新的功能模块才能做好。”

哪怕是常浩南，也不是真的全知全能，他之前也用自家软件试过，但这方面的理论和数据实在太少，模拟出来的结果么……

只能说具备一定的参考价值。

“那常总，我来设计实验方案？”

身后的刘永全已经跃跃欲试。

“其实我已经设计好了……”

常浩南看了一眼不远处崭新的实验设备。

“啊这……”

刘永全有些尴尬地挠了挠已经没有头发的头顶。

而常浩南却又话锋一转：

“不过你也可以先试试，方案做出来之后再和我给你的对一下。”

刘永全眼前一亮，顿时又觉得自己可以了：

“那……关于测试用的涡轮件样品，还是直接拿涡扇9的去做？”

“没错，涡扇9的设计数据，伱手里要是没有的话，可以直接找430厂那边要。”

在常浩南的运作之下，涡扇9如今已经基本成为了涡扇10的技术验证型号。

虽然前者的涡轮前温度再怎么样也不可能达到1200-1250℃的水平，但冷却效果这种东西肯定是不会嫌太高的。

尤其是在无需更换叶片材料的前提下。

当然，也不是白嫖人家430厂。

斯贝MK202实际上只是一台推重比5一级的发动机，除了油耗以外的指标甚至不如很多末代涡喷。

而涡扇9测试过的这些技术，总有一些能用回到量产型号上面，在成本和总体结构基本不变的前提下，性能肯定会提高一些。

(本章完)