航空发动机与燃气轮机技术的未来趋势

航空发动机/燃气轮机是一种高度复杂和精密的热力机械，被誉为工业领域“皇冠上的明珠”。随着行业的发展，航空发动机/燃气轮机的涡轮前温度和效率越来越高、污染物排放越来越低、使用寿命越来越长。为了提高产品性能，先进的压气机/涡轮气动及冷却技术、燃烧室低污染排放技术、产品全生命周期管理等新技术不断应用于航空发动机/燃气轮机产品设计和研发过程中。如何在现有产品基础上进一步提升产品的可靠性和性能，成为行业关注的重点。

计算机仿真技术（CAE）目前已广泛应用于航空发动机/燃气轮机设计和研发过程中，对压气机/涡轮的气动性能、冷却性能、燃烧室低污染排放、部件结构可靠性、噪音、疲劳寿命、旋转部件转子动力学特性等均可进行仿真评估和性能预测。

CAE仿真技术的广泛应用极大的提升了航发/燃机的性能，大大减少了不必要的试验、节省了大量时间和经费，目前已经成产品研发中不可或缺的组成部分。

Ansys航空发动机/燃气轮机解决方案以Ansys最新流体/结构仿真软件为基础，在Ansys Workbench仿真平台下为用户提供Ansys叶轮机械设计仿真工具Turbo System和Multi-Physics多物理场仿真分析工具。用户可对航空发动机/燃气轮机设计研发中所关注的整机污染排放、噪音、整机效率提升、产品寿命和可靠性、制作成本、可维护性等进行准确的仿真分析和预测。

一、整机污染排放与环境管理

对于航空发动机和燃气轮机而言，符合国际低污染排放标准和噪音标准是产品进入市场的前提；相关性能的仿真分析也是设计人员关注的重点。

• 燃烧室燃烧/化学反应仿真
• 高温燃烧室冷却设计和分析
• 燃料清洁燃烧和低污染排放分析
• LES大涡燃烧/热声震荡
• 航空发动机/燃气轮机气动噪音

二、整机性能和效率提升

不同工况下的发动机推力、整机性能和效率是产品竞争力的核心，涉及压气机气动性能提升、涡轮前温度提升等关键技术。

• 风扇/压气机叶片进气畸变仿真
• 多级压气机/涡轮稳态/瞬态气动性能仿真与优化
• 复杂气冷涡轮叶片流热耦合仿真
• 喷管/排气段气动性能仿真
• 航空发动机/燃气轮机整机性能仿真

三、整机安全性与寿命

航空发动机/燃气轮机的安全性是产品的重要指标，而产品大修周期和使用寿命则对用户成本极为关键。

• 风扇扭转变形流固耦合分析
• 风扇撞击破坏仿真
• 压气机/涡轮叶片颤振仿真分析
• 压气机/涡轮叶片受迫振动仿真分析
• 高温部件（燃烧室、涡轮叶片）疲劳蠕变分析
• 涡轮叶片/轮盘蠕变仿真与裂缝扩展分析
• 发动机叶片/短舱防冰、除冰仿真

从部件级到系统级、从产品性能到可靠性的全方位航空发动机/燃气轮机解决方案

Ansys航空发动机/燃气轮机解决方案，涵盖了从部件级（风扇、压气机、燃烧室、涡轮和排气段）到整机性能仿真方案，也包含了流体、传热、结构静力学/动力学等多物理场耦合解决方案。用户通过该解决方案可实现对整机污染排放、产品性能和安全性/可靠性的全面仿真和优化提升。

• Ansys推出了高效、准确分析和预测风扇、压气机和涡轮叶片颤振/受迫振动的解决方案。该方案在求解效率、准确性和操作易用性等方面居于商业软件前列，完全适用于实际叶轮机械产品的叶片颤振分析和预测
• Ansys 2021年推出的Fluent 2020 R1版本，包含了全流程化多面体+六面体网格划分工具、旋转机械前后处理模板，全面提升了对于复杂部件，如燃烧室、涡轮冷却叶片和发动机整机的流固热耦合仿真能力和效率
• Ansys多物理场仿真工具可对发动机低污染排放、噪音、防冰除冰、疲劳蠕变等复杂问题进行高精度仿真分析

Ansys为航发和燃机用户带来了全面升级的流动、传热、燃烧化学反应和结构仿真工具，让整机产品的污染物排放和噪音更低、整机性能和效率更高、产品更加安全和可靠。

典型应用案例

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