军用飞机推进系统是喷气发动机设计中最具挑战性的领域之一: 在受飞机空气动力学影响极大的多变环境中工作时,这些发动机应在不影响可靠性和运行成本的前提下,以尽可能小的体积提供大的推力输出。此外,军用飞机运行的多学科性质经常会引入相互矛盾的性能目标,很难将其纳入发动机设计中。所有这些因素再加上发动机开发成本非常高,因此有必要在设计阶段的早期进行适当的选择,以确保开发过程的成功和新发动机概念的可行性。

尽管该领域的研究数量巨大,但也许是由于所涉及数据的敏感性,迄今为止发表的研究都集中在相当具体的主题上,而没有涉及完整的多学科飞机推进系统集成问题。为此,需要结合不同研究领域的内容和贡献,建立新的综合方法。

本项目研究开发一种新方法,将发动机初步设计与飞机运行要求相互联系起来。在此范围内,构建了通用军用机身的表示方法,并将其与发动机性能模型和仿真工具相结合,以研究推进系统对飞机任务性能和生存能力的影响。更具体地说,该项目在军用飞机推进系统集成领域的贡献主要集中在三个方面:

  • 新的军用飞机表示法,模拟飞机与推进系统之间相互作用的关键方面: 飞机空气动力学、机身/推进系统空气动力学干扰、红外和噪声特征。该模型计算要求低,适合用于大规模参数研究和轨迹优化案例。

  • 基于模拟的新技术,用于估计爬升性能和评估飞机/发动机配置在现实任务场景中的任务能力。所开发方法的创新点包括爬升轨迹问题的多目标表述、高度-机械跟踪技术、能量-机动性(E-M)技术的扩展,允许同时优化飞机轨迹和发动机计划,以及为军用飞机引入最小噪音和红外轨迹。

  • 考虑到飞机的红外特征和飞机/导弹的运动性能,量化推进系统对飞机生存能力的影响。这是通过将飞机红外模型与导弹对飞机和飞机对飞机的运动模拟相结合来实现的,这些模拟用于测量飞机易受攻击的程度,以及飞机自身攻击机动目标的能力。

上述方法是利用已公布的数据开发和验证的,并在一系列测试案例中用于研究飞机的性能趋势,在这些案例中,不同的推进系统设计在各种模拟任务中的有效性得到了评估。结果成功证明了所开发的方法能够量化飞机性能与发动机设计之间的关系,为理解采用不同推进系统配置所产生的性能权衡提供了基础,从而最大限度地提高动力装置设计过程的效率。

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