學霸的軍工科研系統 第70章 通往下一代航發的鑰匙

    第五代發動機，眼下當然是不可能的。

第三代是F110、AL31F這些推比8左右的型號。

第四代是F119、F135、AL51F這些推比10以上的型號。

如果按照常浩南的想法把渦扇10給造出來，那大概就會直接跳過原教旨主義的第三代，直接進入三代半的範疇。

當然，三代和四代發動機的區別實際上有很多，可以說從原始設計思路、製造工藝、材料選取上都有區別。

推重比只不過是最後反映在性能上的一個最直觀數據罷了。

當然，中間還夾著個三代半，也就是像後期型的F110、F414、AL41F這些底子還是三代發動機，但應用了部分四代發動機的技術，導致性能已經明顯高於自己老前輩們的升級版本。

值得一提的是，第四代發動機在最基本的原理上和第三代並無區別，因此仍然存在著那個從物理上無法規避的性能取捨——高速取向的型號油耗普遍驚人，而低速取向的型號超音速性能則會極其拉胯（詳細解釋請回看415章）。

正是為了解決這個矛盾，在各國有關第五代發動機的概念設計中，才普遍引入了自適應變循環模式。

在低速工況下，它可以是一台省油的中等涵道比渦扇發動機，而在高速情況下，它甚至可以化身為一台高性能的渦噴發動機。

所以，第五代發動機雖然在紙面數據上未必能再次實現8到10這樣恐怖的跨越，甚至反而有可能因為多了一套變循環裝置，導致海平面推重比不升反降（自重變大了，推力沒變大那麼多），但裝在飛機上的實際性能卻會遠遠超過第四代。

只不過，可變循環雖然思路簡單，但真要想實現起來，那還是有太多細節要完善了。

甚至一直到常浩南重生之前那會，大家都還沒確定下來具體哪種變循環技術路徑更加可行。

別的不說，壓氣機的具體設計理念，就要進行一次幾乎翻天覆地的轉變。

所以簡單聊了聊未來對國產發動機型譜的規劃之後，常浩南和劉永全還是重新回到了眼前的研究上來。

「多排疊加的全覆蓋氣膜冷卻……」

劉永全把這個有點拗口的名詞重複了一遍。

「沒錯。」

常浩南帶著劉永全來到旁邊的實驗桌旁，一台筆記本電腦正放在上面，屏幕中正顯示著一張等溫曲線圖：

「我之前本來覺得，用目前的TORCHMultiphysics軟體就可以直接完成氣熱耦合模擬，但真正操作起來，發現還是把情況想的太簡單了。」

他說著把曲線圖的一個部分用畫筆工具圈了出來：

「你看，主流與高動量冷卻射流相接觸後，將在射流下游的兩側區域產生一對旋向相反的渦結構，這對渦結構的旋轉方向起到聚攏壁面冷卻氣抑制橫向擴散的作用，同時其也有抬離壁面冷卻氣的趨勢。」

「所以……」

這張圖，劉永全還是看懂了的：

「所以吹風比（冷卻氣流的動量）越大，主流越是難以壓製冷卻射流，冷卻氣會越早離開固壁表面，導致對下游的冷卻效果越差？」

常浩南點點頭，心說不愧是在原來的時間線上真正把渦扇10帶入成熟的人，儘管目前除了髮型比較大佬之外總體還略顯經驗不足，但基本功確實可以，只是看了幾眼便很快抓住了關鍵結論：

「沒錯，所以如果綜合考慮整個發動機的氣熱耦合效應，就會發現如果一味地提高冷卻氣用量，那麼越往後，冷卻效果的提升越不明顯，很快就會觸碰到一個上限，而且因為氣流損失太大，還會影響到發動機本身的性能，甚至是工作穩定性。」

「這一點，不做工程上的整體考量，而是只研究對葉片的氣膜冷卻效果的話，是不可能發現的，我推測，這應該也是美國人那邊目前正在走彎路的原因之一。」

在自己的判斷被常浩南肯定之後，劉永全幾乎是下意識地想到了最直接的辦法：

「如果我們擴大氣膜孔的孔徑，不就可以在冷卻氣用量不變的情況下降低氣流流速，改善……」

但他很快就自己否定掉了：

「不對，單純增加氣膜孔孔徑會導致壓力損失變大，得不償失……」

「那常總，如果把冷卻孔從圓柱形改成錐形，進口面積小，出口面積大，不就可以改善氣流對葉片表面的覆蓋性了？」

這下子，常浩南確實對他有些刮目相看了。

異形孔的冷卻效果好於圓孔，這擱在20年後是任何一個相關專業本科生都會知道的事情，但是放在眼下，整個華夏對這方面的研究還處在一片空白。

前世是直到大概一年多以後，羅爾斯·羅伊斯公司到西北工大讚助了一個跟主動冷卻有關的研究課題，才讓華夏這邊意識到了這一點。

工程上的東西，有時候就像是一層窗戶紙，捅破了，看上去也就是那麼回事，但要是沒有人引導，那光是找窗戶在哪，就得花上不少時間。

而劉永全至少在很短的時間裡，就摸索到了正確的方向。

「思路沒錯，但可以更進一步。」

常浩南從旁邊取來紙筆，在紙上畫了個示意圖：

「其實冷卻孔本身沒有必要做大的改動，只要在出口部分，也就是孔的末端連接一個擴張段就可以了，這樣壓力損失更小，而氣膜孔出口處的流速還可以大幅度降低。」

「流速降低就是動量降低，冷卻氣幾乎不會發生吹離作用，壁附效應更好。」

「而且，主流與冷卻氣之間的相互作用較弱，射流兩側的腎形渦強度較弱，子午面區域會形成與反腎形渦對結構，還能增強了冷卻氣的橫向擴散作用，可以讓冷卻氣膜更加均勻！」

「那……」

劉永全此時只有一種醍醐灌頂的感覺，整個問題的解決辦法看上去好像簡單到跟1+1差不多：

「那我們只要把圓孔改成這種……這種異形孔就行了？」

「那當然不可能這麼簡單，我剛剛說的只是基本原理而已。」

常浩南把筆放到一邊，擺了擺手回答道：

「異形孔形成的氣膜在提高孔下游有效度的同時，也會提高這個部分的傳熱係數，所以對本身傳熱係數較低的固壁區域冷卻效果比較差。」

「並且，這種彆扭的開孔方式必定影響到工件的結構強度，我們造的是航空發動機，對於過載是有要求的，況且高溫、高離心力、強氣流衝擊的環境本身也對結構可靠性是個考驗。」

「所以，到底採用什麼樣的孔型，如何設計氣膜孔在工件表面的分布，孔道的角度——不僅是俯仰角，還有橫向角度要如何設計，這些都是問題，都要取捨。」

「所以我才要專門訂購一台設備，一方面是研究具體的氣膜冷卻方案，另一方面，也是給下一個大版本疊代的TORCHMultiphysics軟體累積一些數據，氣熱耦合這塊，跟單純的力熱耦合還有不小區別，恐怕需要一個新的功能模塊才能做好。」

哪怕是常浩南，也不是真的全知全能，他之前也用自家軟體試過，但這方面的理論和數據實在太少，模擬出來的結果麼……

只能說具備一定的參考價值。

「那常總，我來設計實驗方案？」

身後的劉永全已經躍躍欲試。

「其實我已經設計好了……」

常浩南看了一眼不遠處嶄新的實驗設備。

「啊這……」

劉永全有些尷尬地撓了撓已經沒有頭髮的頭頂。

而常浩南卻又話鋒一轉：

「不過你也可以先試試，方案做出來之後再和我給你的對一下。」

劉永全眼前一亮，頓時又覺得自己可以了：

「那……關於測試用的渦輪件樣品，還是直接拿渦扇9的去做？」

「沒錯，渦扇9的設計數據，伱手裡要是沒有的話，可以直接找430廠那邊要。」

在常浩南的運作之下，渦扇9如今已經基本成為了渦扇10的技術驗證型號。

雖然前者的渦輪前溫度再怎麼樣也不可能達到1200-1250℃的水平，但冷卻效果這種東西肯定是不會嫌太高的。

尤其是在無需更換葉片材料的前提下。

當然，也不是白嫖人家430廠。

斯貝MK202實際上只是一台推重比5一級的發動機，除了油耗以外的指標甚至不如很多末代渦噴。

而渦扇9測試過的這些技術，總有一些能用回到量產型號上面，在成本和總體結構基本不變的前提下，性能肯定會提高一些。

(本章完)