沈阳航空航天大学成果推介（第十一期）

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旋转机械叶片气动传热关键技术及应用

成果单位：沈阳航空航天大学

所在单位：航空发动机学院

成果（技术）简介：

旋转机械装置对航空航天、能源电力、交通运输等多个行业的发展起着重要的推动作用，叶片气动传热设计是保证旋转机械高效和可靠工作的关键技术。在某型发动机深度验证和综合整治项目，国家AA 项目，国家自然科学基金等课题支持下，项目开展了燃气轮机涡轮部件的气动传热设计，压气机部件气动设计以及风力机叶片改型设计。部分成果应用在了太行发动机涡轮叶片改型设计以及下一代发动机涡轮叶片选型设计中。

1. 独创性地设计了具有节流密封和绕流强化气膜冷却特性的叶顶离散式隔板迷宫结构，气膜效率提高 8-12%。针对叶片前缘标准圆柱孔气膜冷却提出的单入口-双出口孔气膜效率提高 240-280%；针对叶片吸力面圆柱孔-横向槽气膜冷却提出的圆柱孔-锯齿槽气膜效率提高 62-190%；针对叶片压力面圆柱孔阵气膜冷却提出的大倾斜孔和小垂直孔交错排布结构气膜效率提高 15-22%；该结构已经成功应用在了太行发动机高压涡轮导向叶片改型设计中，叶片耐温极限提高 30℃。

2.提出了双层壁结构中冲击射流、绕流和气膜溢流流阻和换热准则式，建立了双层壁结构热分析模型和叶片综合冷效工程算法，开发的冷却结构快速设计与热分析软件，为开展双层壁冷却结构方案设计和参数预估提供了工具，已经在下一代发动机高压涡轮导向叶片选型设计中应用。针对下一代发动机中的冷却-冷却空气技术设计了一种间壁式热交换器， 由断面为矩形的热流体流道和冷流体流道相互贴合构成，沿其轴向以多个不闭合环形换热流道单元形式通过转换弯道前后紧密排列构成一个流道层，多个流道层沿径向紧密贴合嵌套，使热流体流道和冷流体流道在轴向和径向均相互交错，使进入涡轮叶片的冷却空气温度降低约 300℃。

3. 将航空发动机涡轮叶片的设计技术、流动和换热控制技术、以及测试技术应用在风能等新能源领域，提出的水平轴风力机和垂直轴风力机叶片后掠化的设计方法，风力机的气动效率得到明显改进。提出的自适应变形的风力机叶片，有效地改善了升力型风力机低风速启动性能。提出的塔式风力发电机安装角度根据风速的变化增大或减小，从而适应来流风速，达到最佳的尖速比，实现低风速起动，高风速运转的工作模式，让风能得到充分高效的利用。提出了垂直轴风力机导流条技术提高风能利用的方法。为了克服风力机与发电机匹配难题，发明了一种同步测试风力机气动效率和发电效率的装置及方法。

4.由中国航空学会鉴定委员会一致认为，该项目成果具有自主知识产权，总体处于国内领先水平，在锯齿槽气膜冷却和迷宫式叶尖结构方面研究成果处于国际先进水平，具有重要推广应用价值。

5.设计发明的叶片冷却结构在太行发动机上的应用推广，以及冷却设计分析软件在下一代发动机设计中的应用，累计节省人工成本、节约能源消耗等创造的经济效益产值折算 2677 万。 该项目获批国家发明专利 15 项，登记软件著作权 1 项，获批实用新型专利 5 项。发表 SCI 和 EI 收录论文 15 篇。

成果（技术）获得资质：

取得的获奖、鉴定、专利情况等介绍。

1.旋转机械叶片气动传热关键技术及应用， 辽宁省科技进步二等奖

2.双层壁特征的涡轮叶片新型冷却结构流动传热机

理和分析方法，中国航空学会科学技术三等奖

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安全生产评价和培训技术

成果单位：沈阳航空航天大学

所在单位：安全工程学院

成果基本情况：

安全工程学院有 1 名教师为国家安全专家组成员，4 名专业教师为辽宁省安全生产专家组成员，6 名教师为沈阳市专家组成员，这些教师在隐患排查治理、科技进步、督查检查、事故调查、应急救援、宣传教育和制度建设等方面提供了有力的技术支持， 为辽宁省（沈阳市）安全生产形势持续稳定好转发挥了重要作用。特别是在安全生产大检查，在非煤矿山、危险化学品、道路交通等重点行业领域协助会诊、指导整改、解决技术难题方面，发挥了积极的作用。

沈阳航空航天大学具有国家二级安全生产培训资质，学院已为辽宁省、沈阳市多家军工、危险化学品等企业培训了数千人次的安全管理人员，为安全生产工作做出了重要贡献，受到了培训学员的好评和辽宁省安全生产监督管理的认可。

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单相流高压细水雾灭火系统技术

成果单位：沈阳航空航天大学

所在单位：安全工程学院

成果/技术的基本情况：

细水雾灭火系统是一种新型环保、高效的灭火技术，系统主要由细水雾喷头、高压柱塞泵和管道及附加组成，可以扑灭 A、B、E 类火灾，可以用于特殊场所火灾防控，因具有灭火耗水量低、灭火水渍损失小、无毒、对环境无污染、灭火高效等特点，现在已经用来代替哈龙灭火系统和部分气体灭火系统和水喷淋系统，因此细水雾灭火技术得到了消防界的日益重视。

主要技术指标：

开发的细水雾喷头保护半径较大， 可以有效防控 1.2m 半径范围内火灾，布水均匀，布水密度呈圆环分布； 灭火效果较好在保护半径范围内灭火时间在 2-300s。可针对不同火灾类型调整细水雾喷头设计参数。大量实验证明细水雾防控火灾技术可靠。

市场需求及经济效益分析：

辽宁省飞机火爆防控实验室现在建有细水雾灭火系统实验平台及相关测试监控系统。细水雾作为绿色环保的一种灭火技术可以部分代替干粉、沫、气体等系统，用于特殊场所的火灾防控，并且可以保持持续施加直到灭火结束， 灭火后污染少，具有较大的应用前景。

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飞机燃油系统火爆防控技术

成果单位：沈阳航空航天大学

所在单位：安全工程学院

成果/技术的基本情况：

飞机燃油系统中由于使用大量闪点低的优质航空煤油或汽油作燃料， 极易引起燃烧和爆炸。项目针对飞机燃油系统的防火需求， 开展燃油系统的静电防护、航空油品的火灾特性、燃油箱的防火防爆等研发工作。

项目组在燃油箱填充国产泡沫材料静电安全性评估，导弹复材油箱高速加油、晃振动静电安全性评估，大型整体燃油箱晃动过程静电特性及安全性评估等方面， 为新机型及导弹的设计提供了大量参考数据， 为我国新机型的发展做出了重要贡献。现拥有世界先进的可燃液体燃爆特性、静电测试和燃油箱测试平台， 包括自行设计并已申请专利的复合材料燃油箱晃动静电行为试验台、燃油箱平动静电行为试验台等专业研究测试装置。

本项目属于航空航天与汽车一级领域，航空航天装备二级领域。本方向承担的研究课题包括：复材整体油箱静电安全性适航符合性研究、空中加油地面全流量加油试验静电安全评估、RP-5 煤油加油静电试验、聚醚型泡沫塑料加油静电试验、静电放电飞机燃油系统安全性分析等。

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航空航天材料防火适航验证与审定技术

成果单位：沈阳航空航天大学

所在单位：安全工程学院

成果（技术）基本情况：

依据适航标准，开展航空航天用金属材料、复合材料防火耐火试验及测试，为航空产品的研发、生产、制造及销售提供防火适航验证与审定技术服务。

主要技术指标：

项目组长期从事航空材料燃烧特性及飞机防火适航方面的研究，在复合材料防火、燃油系统防火、指定火区防火、纳米阻燃技术等领域有较强的研发实力，能够依据国内外适航标准开展防火适航验证与审定， 现拥有一批世界先进的专用测试设备和满足适航标准的防火适航验证平台，项目组已通过 AS9100D:2016 航空航天质量管理体系认证。

市场需求及经济效益分析：

为国内多个民用飞机开展了防火适航符合性验证研究。项目组被列入中国商飞供应商平台，成功参与到 C919 大客、CR929 宽体等国产民机研发和适航取证工作； 在民航局方目击下，完成了中航通飞研究院有限公司委托的复材发动机罩适航验证试验。

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