打造彻底自主的发动机先进数值仿真与丈量体系

  在先进发动机研发进程中，实验丈量与数值仿真关于缩短研发周期、下降研发本钱具有至关重要的含义。

  实验丈量是先进发动机研发进程中不可或缺的一环，是终究验证发动机功能、可靠性和安全性的重要手法，特别是在结构强度、振荡特性、寿数评价等方面，一定要经过严厉的什物实验以保证发动机符合规划要求和相关规范。此外，在发动机研发阶段，经过获取发动机实践运转中的高质量数据，研讨人能为了解发动机运转进程中产生的杂乱物理现象背面的深层机理供给第一手资料，一方面为模型校验供给数据，另一方面为物理完善与模型优化供给根据。

  数值仿真技能作为一种先进的核算机模仿手法，能够对发动机内部杂乱的物理进程进行高精度的数值模仿，以取得翔实的内部活动、焚烧、传热等信息，协助规划人员在初期发现潜在问题并来优化，进步规划的“一次经过率”。一起，数值仿真能够模仿发动机在多种极点工况下的功能体现，为故障诊断和安全评价供给有力支撑，提高发动机的可靠性和安全性。美国国家航空航天局（NASA）在最新发布的《核算流体力学（CFD）2030年远景规划》中，将航空发动机焚烧流场高保真、高效模仿列为四个CFD使用方面具有严重挑战性和亟待处理问题之一。数值仿真技能终将促进发动机规划形式的改变，从依靠什物实验的“实验规划”到以核算机模仿为主的“猜测规划”，将“以虚辅实、以虚补实、以虚预实、以虚代实”的效果贯穿焚烧室规划、实验、制作、服务保证等产品研发和开展的全生命周期。

  在国家自然科学基金严重研讨方案“面向发动机的湍流焚烧根底研讨”的支撑下，我国科研作业者搭建了焚烧反响数据同享渠道，打造彻底自主的发动机先进数值仿真与实验丈量体系，为我国发动机自主研发供给了坚实有力的支撑。

  在数据同享渠道与仿真、测验技能方面，科研团队建成了我国首个公益性公共技能渠道——焚烧动力学渠道CDS，包括9196个组分热力学数据、33033个基元反响动力学数据、1931个组分输运数据、73种燃料焚烧特性、25种燃料层流火焰速度、14种燃料焚烧组分浓度和35种燃料高温热物性。

  此外，科研团队树立了共同的根底焚烧实验规划及模型优化渠道OptEx，完成了根底焚烧实验数据库及未来可行实验域信息含量的高效评价，从而树立高信息含量正交实验数据库，与人工智能技能相交融，为加快速度进行开展并优化发动机燃料宽工况下的高猜测性焚烧动力学模型奠定了根底。

  科研团队研发了具有自主知识产权、工程可用的航空发动机焚烧室数值模仿软件GTCC，核算规划到达10亿网格/百万核，经过多型工程标准全环焚烧室的验证查核，焚烧功率和总压恢复系数猜测差错小于1%，焚烧室出口温度散布猜测差错小于10%。

  科研团队开发了具有自主知识产权、经过亿级网格/数十万核查核的超燃冲压发动机规划与评价软件体系AHL3D。这一软件体系具有超燃冲压发动机规划、核算、剖析和评价才能。

  一起，科研团队突破了根据实在航空发动机焚烧室结构的单/多头部实验件10kHz高重频同步丈量技能，以及0.8MPa条件下焚烧多物理场的粒子图画测速（PIV）和平面激光诱导荧光（PLIF）同步测验技能。

  在支撑我国发动机自主研发严重需求方面，科研团队根据相关根底研讨成果，构建了“柴油机高充量密度-低温焚烧理论”，提出焚烧途径操控思维和可变热力循环技能，改进了高功能柴油机瞬态特性，处理了低排放与高热功率的对立。

  科研团队还开发了等离子体助燃办法和点熄火猜测模型，使用于下一代航空发动机高温升焚烧室的研发，极大拓宽了安稳作业鸿沟，焚烧极限拓宽达25%。

  超音速条件湍流焚烧相关理论的树立，则处理了超燃冲压发动机高速活动下焚烧和长期稳焰等核心问题，支撑了我国超燃冲压发动机在工程实用化研发中处于国际领先地位。

  此外，科研团队还提出了无内柱焚烧室、阵列式小孔进气等原创办法，处理了接连爆轰发动机起爆难、操控难、安稳难的问题，有用支撑了接连爆轰发动机的工程转化使用。