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拓普思實(shí)驗(yàn)室系統(tǒng) 2020-05-04
2020年3月下旬，清華大學(xué)與浙江省嘉興市利用網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了“云簽約”，共同開展航空發(fā)動(dòng)機(jī)基礎(chǔ)研究和產(chǎn)業(yè)關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)，打造新一代航空發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)鍵技術(shù)創(chuàng)新高地。清華大學(xué)、嘉興市、清華長三角研究院還將共同成立“清華大學(xué)航空發(fā)動(dòng)機(jī)研究院嘉興分院籌建工作組”，通過推動(dòng)有關(guān)平臺建設(shè)和項(xiàng)目落地，致力于建成航空發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)鍵技術(shù)創(chuàng)新高地和資源集聚等平臺，依托清華大學(xué)、面向國際競爭，為長三角區(qū)域乃至全國航空產(chǎn)業(yè)提供有力的科技支撐。
傳統(tǒng)的航空發(fā)動(dòng)機(jī)正在向齒輪傳動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)、變循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)、多電發(fā)動(dòng)機(jī)、間冷回?zé)岚l(fā)動(dòng)機(jī)和開式轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)展，非傳統(tǒng)的脈沖爆震發(fā)動(dòng)機(jī)、超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)、渦輪基組合發(fā)動(dòng)機(jī)，以及太陽能動(dòng)力和燃料電池動(dòng)力等也在不斷成熟，這些發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)展將使未來的航空器更快、更高、更遠(yuǎn)、更經(jīng)濟(jì)、更可靠，并能夠滿足更加嚴(yán)格的環(huán)保要求，并將使高超聲速航空器、跨大氣層飛行器和可重復(fù)使用的天地往返運(yùn)輸成為現(xiàn)實(shí)。
非傳統(tǒng)新型航空發(fā)動(dòng)機(jī)
非傳統(tǒng)新型航空動(dòng)力是指傳統(tǒng)的渦噴、渦扇、渦軸、渦槳、活塞、沖壓、火箭發(fā)動(dòng)機(jī)以外的新型先進(jìn)航空發(fā)動(dòng)機(jī)。非傳統(tǒng)新型航空發(fā)動(dòng)機(jī)大致包括以下3類：
一是新概念發(fā)動(dòng)機(jī)。在結(jié)構(gòu)、原理或循環(huán)特性上與傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)具有很大的區(qū)別與創(chuàng)新，如脈沖爆震發(fā)動(dòng)機(jī)、超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)、波轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)、等離子體發(fā)動(dòng)機(jī)、分布式矢量推進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)等。
二是重大革新型發(fā)動(dòng)機(jī)。在傳統(tǒng)的發(fā)動(dòng)機(jī)原理、結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上進(jìn)行了重大革新。如多電發(fā)動(dòng)機(jī)、自適應(yīng)循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)、智能發(fā)動(dòng)機(jī)、間冷回?zé)岚l(fā)動(dòng)機(jī)、槳扇發(fā)動(dòng)機(jī)、超微型渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)、沖壓轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)、骨架結(jié)構(gòu)發(fā)動(dòng)機(jī)和各種組合發(fā)動(dòng)機(jī)等。
三是新能源發(fā)動(dòng)機(jī)。面對石油資源的枯竭和綠色環(huán)保的要求，開發(fā)使用航空煤油以外的新燃料和新能源。如氫燃料/合成燃料/生物燃料/天然氣燃料發(fā)動(dòng)機(jī)，太陽能、核能、燃料電池、激光和微波能發(fā)動(dòng)機(jī)等。
1、超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)
超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)是指燃料在超聲速氣流中進(jìn)行燃燒的沖壓噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)。超然沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)是高超聲速飛行器推進(jìn)技術(shù)，乃至整個(gè)高超聲速飛行器技術(shù)的核心技術(shù)。 超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)的適用速度范圍為馬赫數(shù)5-16，主要用于高超聲速巡航導(dǎo) 彈、高超聲速飛機(jī)和可重復(fù)使用的航天運(yùn)載器。
2、渦輪沖壓組合發(fā)動(dòng)機(jī)
渦輪沖壓組合發(fā)動(dòng)機(jī)是將渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)和沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)組合起來使用的吸氣式發(fā)動(dòng)機(jī)。根據(jù)渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)和沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)的組合方式，可以分為分體式和整體式組合發(fā)動(dòng)機(jī)，其中整體式組合發(fā)動(dòng)機(jī)又根據(jù)渦輪和沖壓兩類發(fā)動(dòng)機(jī)主要部件的關(guān)系和流程分為串聯(lián)布局和并聯(lián)布局。在渦輪沖壓組合發(fā)動(dòng)機(jī)中，沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)按其工作模態(tài)分為亞燃、超燃和雙燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)。
3、脈沖爆震發(fā)動(dòng)機(jī)
脈沖爆震發(fā)動(dòng)機(jī)是一種利用脈沖式爆震波產(chǎn)生推力的新概念發(fā)動(dòng)機(jī)。這種類型發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)簡單，少有或無運(yùn)動(dòng)部件，熱循環(huán)效率比常規(guī)活塞、渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)和沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)更高，推重比高，耗油率低，被認(rèn)為是21世紀(jì)有潛力的航空航天動(dòng)力，因此在現(xiàn)代航空發(fā)動(dòng)機(jī)領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景，可用于無人駕駛飛機(jī)動(dòng)力裝置、靶機(jī)、引誘飛機(jī)、靶彈動(dòng)力裝置、遠(yuǎn)程導(dǎo) 彈、戰(zhàn)略飛機(jī)動(dòng)力裝置和高超聲速飛機(jī)動(dòng)力裝置等，是航空航天領(lǐng)域革命性動(dòng)力之一。根據(jù)其用途的不同，可以將吸氣式脈沖爆震發(fā)動(dòng)機(jī)大致分為3類：純脈沖爆震發(fā)動(dòng)機(jī)、混合式脈沖爆震發(fā)動(dòng)機(jī)和組合式脈沖爆震發(fā)動(dòng)機(jī)。
4、間冷回?zé)嵫h(huán)技術(shù)
間冷回?zé)嵫h(huán)概念早于20世紀(jì)五十年代提出，隨后各國開始進(jìn)行大量的理論與實(shí)驗(yàn)研究。間冷回?zé)釡u扇發(fā)動(dòng)機(jī)是一種新型節(jié)能環(huán)保航空發(fā)動(dòng)機(jī)，通過在傳統(tǒng)渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)熱循環(huán)基礎(chǔ)上增加間冷和回?zé)徇^程，可使得發(fā)動(dòng)機(jī)擁有更低的耗油率。回?zé)崞魇情g冷回?zé)釡u扇發(fā)動(dòng)機(jī)的一個(gè)主要特征部件，工作在超過900K的高溫核心流中，其性能將直接影響發(fā)動(dòng)機(jī)的性能，其設(shè)計(jì)技術(shù)是間冷回?zé)釡u扇發(fā)動(dòng)機(jī)的一個(gè)關(guān)鍵技術(shù)。
5.槳扇發(fā)動(dòng)機(jī)
槳扇發(fā)動(dòng)機(jī)是一種介于渦槳發(fā)動(dòng)機(jī)和渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)之間的結(jié)構(gòu)，看上去很像螺旋槳，但實(shí)際上與風(fēng)扇和螺旋槳都不同。新型螺旋槳由兩個(gè)旋轉(zhuǎn)方向相反的螺旋槳在一起工作，螺旋槳的槳葉較多，每片槳葉形狀較戴彎曲后掠呈馬刀形，但隨著飛行速度的增加，螺旋槳的轉(zhuǎn)速進(jìn)一步爆高時(shí)，就會遇到很多問題，不僅葉尖速度達(dá)到聲速，將對降低阻力和聲學(xué)特性造成影響，而且效率也會變低，耗油率還要增加。槳扇發(fā)動(dòng)機(jī)的研制彌補(bǔ)了渦槳發(fā)動(dòng)機(jī)耗油率的不足。
