学霸的军工科研系统 学霸的军工科研系统 第367节

  “你想说，如果那个研究真的有意义，也没那么容易发出来是吧？”

  对于最关键的核心技术细节保密这种事情，各国其实都是差不多的。

  就拿气膜孔冷却这个事来说，自从70年代末相关概念被提出之后，将近20年时间，整个行业内愣是找不出一篇有价值的研究文章出来。

  综述就更不用提了。

  这导致当年研发涡喷14的时候，由于过高的涡轮前温度而必须上气膜冷却的华夏航发研究人员只能从一些俄文的只言片语中搜刮一些碎料出来，最终虽然也把涡喷14的涡轮给造了出来，但冷却效果总归有些不尽人意。

  好在后来用上了国产第二代的镍基高温合金，用一定的成本代价保住了最基本的可靠性和使用寿命，否则常浩南当时除了压气机之外甚至还得把涡轮也顺道给改了。

  那可就不是几个月时间能完成的了。

  “是啊。”

  听到常浩南的反问和自己想法差不多，刘永全总算勉强放松了一些：

  “mit的那篇文章，虽然在理论上确实有一些突破，但距离实际应用，还是有些距离，从一些报道上看，国外现在研究的主要方向应该还是槽缝射流的冲击冷却和成型孔射流的气膜冷却结合，可能这也是这篇文章最后被放出来的原因。”

  “不对。”

  常浩南直接摆了摆手，然后走到旁边脱掉身上的实验服。

  “这……这个……常总，我的想法……有什么问题么？”

  刘永全的心再次悬了起来。

  “不，刘工你的想法没问题。”

  常浩南说着从旁边的包里掏出一份英文材料，显然就是二人刚刚说起的那篇论文。

  这年头研究叶片冷却的论文数量极其稀少，因此任何一篇都会被国内拿来认真研究。

  由于网络数据库尚不普及，各个研究机构甚至会有专门的资料员负责搜集这些实际上是公开的内容。

  而他手里这份论文就是太行项目组的资料员之前几天拿过来的。

  实际上常浩南当然不需要这篇文章的启发，但是突然从从流体力学研究到气热耦合问题，总还是要找个说辞。

  他把论文递给刘永全：

  “是麻省理工他们的想法不对。”

  “啊？”

  刚刚把论文翻到第二页的刘永全当即愣住。

  别说90年代末，哪怕到了二十多年以后，麻省理工在理工类学科里面，那也是带着点神圣性的。

  尽管刘永全自认为已经是不太迷信国外权威的人了，刚才也只是说这篇论文的研究偏向气热耦合理论，而对于工程应用的实践意义不大。

  “现在国外把希望寄托在槽缝射流上面，无非是看中了槽缝射流的三维流动特性较弱，前后排射流之间基本满足sellers叠加模型的假设条件，所以对绝热气膜有效度的预测准确性更高，而离散气膜孔因为有三维涡系结构，而且同一排气膜孔的冷却射流具有离散特点，所以多排气流之间相互干涉，完全没办法用sellers叠加模型进行预测……偷懒而已。”

  常浩南虽然手里空空，但脑子里已经把那篇文章的细节基本都记住了，说到这里当即指了指刘永全手里的论文：

  “伱看一下这篇文章的表3-4到表3-7。”

  “哦……”

  刘永全有点手忙脚乱地翻到论文的第三章 。

  “你把几张表里面的涡结构强度提取出来，再额外算一下雷诺数，就会发现湍流边界层相比层流边界层能够增强能量输运，从而有效降低涡结构的强度。另外他们的研究方法，用压力敏感漆测量差排阵列的复合角气膜冷却的绝热气膜有效度，用热致液晶高分子来直观测量温度，这些手法也确实相当先进。”

  一番全方位的评价过后，常浩南最终总结道：

  “总的来说，其实他们在这篇文章里已经很接近正确的方向了，只是处理数据的时候根本没往那个方向想罢了。”

  “所以……麻省理工甚至不知道自己发了个宝贝出来？”

  虽然刘永全还是没完全get到常浩南的技术思路，但这部分内容还是听懂了。

  “是，不过他们也不会在这条错误路线上走太长时间，槽缝射流的问题太大，而且航发的性能要求越高缺陷越明显，对于已经在装机测试第四代发动机的美国人来说，发现这一点不需要太长时间。”

  常浩南重新走到那台刚刚调试好的设备旁边，在外壳上轻轻拍了拍：

  “理论上讲，涡扇10这样的第三代发动机其实用不上这么高端的冷却技术，把第三代镍基叶片材料搞出来，结合传统冷却技术也够用了，f110，还有al31f都是这么搞的。”

  “但我还是准备在上面应用多排叠加的全覆盖气膜冷却，把涡轮的端壁、叶顶、尾缘，乃至环形燃烧室侧壁的气膜冷却效应作为一个整体考虑，冷却效果更好的同时，还能减少冷却用气流的消耗，也算是给更未来的第四代、乃至第五代发动机打一个技术基础。”

  “第……第五代发动机？”

  要是搁另一个人在涡扇10都八字没一撇的时候说要给第五代发动机做准备，那刘永全非得觉得对方是疯了。

  但常浩南这句话说出来，他偏偏感觉……

  似乎也没那么夸张。

  第470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torch multiphysics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torch multiphysics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。”