喷气式发动机工程力学分析,喷气式发动机工程力学分析实验报告

摘要： 超级计算机能防真模拟核爆炸，为什么做不到模拟喷气发动机的工作状态？飞机动力原理？飞机水平转弯时的受力分析？研制超高音速飞行器有什么技术瓶颈？超级计算机能防真模拟核爆炸，为什么做不到...

1. 超级计算机能防真模拟核爆炸，为什么做不到模拟喷气发动机的工作状态？
2. 飞机动力原理？
3. 飞机水平转弯时的受力分析？
4. 研制超高音速飞行器有什么技术瓶颈？

超级计算机能防真模拟核爆炸，为什么做不到模拟喷气发动机的工作状态？

原子核物理本身对数学要求极高，核爆炸理论本身就是数学模型，美国为了研发***专门研发的电子计算机，随着计算能力的提升，模拟核爆炸就有了可能。

而发动机虽然有数学，但是大推力发动机主要是工程实践的积累，发动机的结构随着材料工艺改进而不断改进，变化，其数学模型很难建立，随着计算机的提升，用于后期的热动力分析越来越多，加快研发进度提高可靠性，在前期的总体和结构设计中没有模型可以参考。

可以模拟喷气发动机的工作状态，也可以模拟飞机机身的气流状况，但是无法模拟飞机飞行时的共振情况，因为人类目前还无法完全掌握物体的共振，所以说，所有的飞机试飞都要用1：1的原型机进行，才能获得有效的数据，哪怕飞机尺寸改变一丁点，或者材料改变，飞机的飞行状况会天差地别，需要重新试飞。单独模拟喷气发动机状态没有实际意义

谁说不能模拟？

多级轴流压气机流动机理仿真是航空发动机仿真的重要任务之一。美国早在20世纪80年代末就开展了此项究，NASA刘易斯研究中心选择了一台10级高压压气机作试验样机，通过该样机的试验数据来验证和修正压气机的数值模型。在这项研究取得重大进展后，美国开始整台航空发动机的数值仿真研究。

压气机仿真的研究解决了各部件相互影响的问题，克服了传统设计中***用不变的、统一的边界条件的问题，从而使设计更加准确，以免在发动机运行时才发现压气机的问题。在压气机流动机理仿真研究中，能够同时分析每一排叶片，适当的修正边界条件，解决上下游传播造成的干扰问题。目前，压气机仿真***用的程序取得了很大进步，仿真能力不断加强，由1个独立叶片到单个的叶片排一直到整台压气机仿真，所用的时间少于24h。这种仿真能力使仿真范围从压气机扩展到一个完整的子系统，如风扇—压气机—进气道的仿真中。

多级轴流压气机流动机理仿真研究是发动机仿真的重要项目。它的研究目的是要提高对压气机流动现象的理解，是数值分析和试验相结合的研究。由于多级轴流压气机设计参数要求进行二维、三维的流动仿真，而对多级轴流压气机部件集成建模时，首先要了解各部件对它的影响，如上游进气道和下游燃烧室对压气机设计的影响，还要了解压气机设计对发动机和飞机性能的影响。

多级轴流压气机使用的程序包括了多种学科的分析。如:高压压气机的气动力、结构、载荷对压气机的几何尺寸(如机匣、叶型、叶尖间隙等)的影响及其对压气机性能、效率和可靠性的影响。多级轴流压气机设计参数研究要求进行二维、三维流动仿真，开发三维的实时精确粘性流程序，为此要求***用运算速度非常高的高性能计算机(每秒运算次数达1万亿）。

飞机动力原理？

飞机的动力原理是通过发动机产生推力，推动飞机向前运动。常见的飞机动力系统包括喷气发动机和螺旋桨发动机。喷气发动机通过燃烧燃料产生高温高压气体喷出，产生反作用力推动飞机向前。螺旋桨发动机则通过旋转螺旋桨产生气流，产生推力推动飞机。飞机的动力原理基于牛顿第三定律，即每个作用力都有一个相等大小但方向相反的反作用力。通过控制发动机的推力大小和方向，飞机可以实现加速、减速、爬升和下降等各种飞行动作。

飞机发动机的工作原理有两种，一种是活塞式发动机，另一种是涡轮喷气发动机1。 活塞式发动机利用活塞承载燃气压力，在气缸中进行反复运动，并依据连杆将这种运动转变为曲轴的旋转活动，从而带动螺旋桨或风扇旋转，产生推力。

涡轮喷气发动机则通过连续不断地吸入空气，经过压缩、燃烧和膨胀过程产生高温高压燃气，从尾喷管喷出，产生反作用推力。

涡轮喷气发动机通常由进气道、压气机、燃烧室、涡轮和尾喷管组成。

飞机的动力原理是基于牛顿第三定律和伯努利定理的。

1. 牛顿第三定律：牛顿第三定律指出，任何施加在物体上的力都会产生一个与之大小相等、方向相反的反作用力。在飞机的动力原理中，空气对飞机的作用力以及飞机对空气的作用力是相互作用的。

2. 伯努利定理：伯努利定理是基于流体力学的原理，描述了流体在速度变化过程中气压的变化。在飞机的动力原理中，飞机的机翼上方的气流速度比下方大，根据伯努利定理，上方的气压就比下方的气压小，形成了一个向上的压力差，这个压力差使得飞机产生升力。

综合上述原理，飞机的动力原理可以简单概括为以下几个步骤：

1. 飞机的发动机产生推力，推动飞机向前飞行。

涡扇发动机的工做原理:简单来说，涡扇发动机就是将空气吸进燃烧室中，与喷出的燃料混合后进行燃烧，产生的高温高压气流，经过高低压涡轮后，从尾喷管喷出，最后产生推力，推动飞机前进。

飞机水平转弯时的受力分析？

一般情况下，飞机水平转弯时，是依靠两机翼的倾斜而完成转向的。如向左转弯，应使左机翼向下倾斜，右机翼向上倾斜。这时飞机受力为:重力mg(竖直向下)空气对飞机的升力T(与竖直方向偏左一角度。

及飞机的动力F(如喷气式飞机，向后排出气体而获得的反冲力，方向水平向后)由于飞机所受升力不沿竖直方向，所以升力的竖直分量与飞机的重力平衡，升力的水平分量(方向水平向左)，驱使飞机向左转弯。

研制超高音速飞行器有什么技术瓶颈？

研制超高音速飞行器是非常有难度的！其面临的挑战不胜枚举：复杂的气动特性；用超燃冲压发动机；飞行器机体与发动机一体化；飞行器机体与推进系统和飞行器结构动态之间耦合强；飞行器模型非线性度高；飞行器飞行高度、速度跨度大；飞行环境复杂，瞬间多变；气动特性和气热特性变化剧烈；控制精度高，末制导难度大。这里我简单的分为两个方面，以利于理解。

首先的理论基础和数据分析方面。超高音速飞行器的飞行特性需要复杂的理论支持，我国在这方面起步比较早。当时钱学森教授就已经开始了超高速飞行器的理论研究并取得了非常高的成就，为我国的火箭、导弹、航空航天以及高速再入飞行器方面的研究奠定了坚实基础。同时需要空气动力学和实际飞行数据的***集和分析，通过大量计算分析才能找到合适的启动设计和飞行弹道。

其次物理材料方面。超高速飞行器对物理材料的要求非常苛刻。发动机需要超然冲压发动机、弹头需要耐高温和极高的物理稳定性等，对材料领域的要求非常高。

总之，各国都在潜心研发超高音速飞行器，一旦实际应用将对现有防御体系形成严峻挑战。研发难度之大也不是一般国家能够承受的。

这个问题回答之前还是要先说明一下，超高音速通常是指飞行超过5倍音速（也有说6倍音速），这里的超高音速是指在大气层内的飞行速度达到超高音速，大气层外飞行及再入弹道导弹的超音速不算。

在此前提研制超高音速飞行器的技术难度还是很大，这种视为颠覆性的技术革新，[_a***_]达成将会让世界上任何防御体系崩溃。

这里用超高音速飞机的研制来论述一些难点：

1.可变式发动机，

即普通喷气发动机转换为冲压喷气发动机再转换为超燃冲压喷气发动机。这个是最大的难点，单独的发动机目前不少国家都能完成，但是要能可变就没有哪个国家能完成。目前主流做法是用火箭绑着飞行器，加速到4马赫启动超燃发动机，然后火箭脱离，飞行器就完成了起飞要求，接着加速到6马赫。

这个就限制了飞行器不能自行起飞降落