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1、“十四五”船舶动力基础科研计划第一批项目指南课题1：基于GH4169材料的舰船燃气轮机长寿命、低成本涡轮盘的高效制造技 术研究目标以舰船燃机涡轮盘为研究对象，通过开展返回料再利用技术、盘件新型低应 力高效加工技术、盘件表面及孔强化技术等研究，提升盘件基体寿命的同时降低 原材料制造成本，开发出低应力、高效的榨槽精密电加工工艺及盘件复合强化技 术，缩短盘件加工周期的同时提升盘件抗疲劳损伤能力。完善高纯GH4169设计 用性能数据，制定舰船燃机长寿命涡轮盘的低成本、高效制造工艺规范，完成盘 件的综合评价，为舰船燃机涡轮盘、压气机盘、动力涡轮盘等关键转动盘件的高 可靠性应用提供技术支撑。1.1 研究内
2、容) GH4169返回料再利用技术研究；(2)盘件榨槽低应力、高效电加工技术研究；(3)盘件表面完整性控制技术研究。1) 3考核指标(1)高纯GH4169材料疲劳寿命较航机标准提升；(2)高纯GH4169材料低循环应变疲劳性能：应变幅/平均应变，最大应变 值，循环速率，试样至断裂次循环；(3)通过盘件的低周疲劳试验；(4)原材料成本较现有航机全新料降低；(5)盘件全流程加工周期较现航机类似盘件降低。1.4成果形式软件成果：(1)高纯GH4169涡轮盘全流程制造工艺规范、设计用性能测试报告;(3)高速转子叶片曲面尺寸精度达到IT6级，表面粗糙度;(4)通过联合热车试验典型工况考核。8. 4成果形
3、式软件成果：(1)高温高压燃烧室结构可靠强化及可控防护技术报告；(2)带复杂冷却结构燃烧室加工及表面防护处理工艺；(3)超音速燃气喷管结构失效机理及强化研究报告；(4)异形双层带喷管发动机壳体快速增材成型工艺；(5)局部进气冲击下高速涡轮转子耐腐蚀强化技术报告；(6)高速转子小尺度狭窄叶片流道电火花成型工艺；(7)鱼雷涡轮机热端部件典型工况考核报告；(8)专利和其它知识产权。硬件成果：(1)高温高压燃烧室样件；(2)燃气涡轮发动机壳体样件； (3)小尺度狭窄叶片高速转子样件。(2)舰船燃机涡轮盘考核评价报告。硬件成果：(1)舰船燃机涡轮盘锻件及零件试验件。课题2：大推力永磁推力轴承装置设计技术
4、及验证研究目标通过开展大推力永磁推力轴承设计技术研究，突破永磁推力轴承模块化结构 设计、高强度磁体组合及磁路仿真分析、大比压自润滑轴承设计等关键技术，建 立舰用永磁推力轴承的设计指导文件、设计软件及数据库，并经充分试验验证, 形成满足新一代舰船低噪声、低功耗动力配套要求的大推力永磁推力轴承的设计 体系。2.1 研究内容(1)大推力永磁推力轴承模块化结构设计技术研究；(2)高强度永磁磁体组合及磁路设计技术研究；(3)高强度永磁磁路仿真分析技术研究；(4)大比压抗冲击自润滑径向轴承设计技术研究；(5)大推力永磁推力轴承减振试验技术研究；(6)大推力永磁推力轴承抗冲击及环境适应性分析。2. 3考核指
5、标(1)掌握大推力永磁推力轴承设计技术，形成设计指导文件、设计软件及 数据库，初步形成大推力永磁推力轴承的设计体系，具备船用永磁推力轴承设计 能力；(2)验证的大推力永磁推力轴承样机主要技术指标：最大持续推力；轴向 位移量；频率内加速度振级落差(台架试验)；满足船用推力轴承的抗冲击、环 境适应性要求。2. 4成果形式软件成果：(1)大推力永磁推力轴承模块化结构设计流程、规范； (2)高强度永磁磁体组合及磁路仿真分析流程、规范;(3)大比压抗冲击自润滑径向轴承设计流程、规范；(4)大推力永磁推力轴承减振抗冲击分析指南；(5)大推力永磁推力轴承仿真分析软件(含参数化建模及结构强度分析模 块、高强度
6、永磁磁体组合及磁路仿真分析模块)；(6)大推力永磁推力轴承设计数据库。硬件成果：(1)永磁推力组件原理样件1套；(2)永磁推力轴承验证样机1台。课题3：超导推进电机关键部件制备工艺提升与验证研究目标针对高温超导推进电机关键部件装配工艺复杂以及真空保持时间不长等问 题，重点开展定子气隙电枢及密封组件、超导磁体支撑系统、超导磁体以及转子 的制造工艺研究，突破高温超导磁体无衰减制造、高可靠复合材料密封组件及支 撑系统制造等关键工艺，提高超导推进电机关键部件工艺的一致性，形成相关工 艺规范，完善高温超导推进电机工艺体系，为下一代大功率超导推进电机的自主 研制提供技术储备。3.1 研究内容(1)内置冷却
7、流道与换位导线的定子气隙电枢制造工艺研究与验证；(2)薄壁定子复合材料密封组件制备工艺研究与验证；(3)大温差高温超导磁体柔性支撑系统制备工艺优化与验证；(4)高载流性能超导磁体制造工艺研究与验证；(5)超导电机真空绝热转子装配工艺研究。3. 3考核指标(1)气隙电枢绕组直线段温差；(2)定子复合材料密封组件耐压，可拆卸的金属工装外径；(3)超导磁体柔性支撑系统复合材料层间剪切强度，压缩强度； (4)超导磁体临界电流测试值与设计值误差。3. 4成果形式软件成果：(1)定子气隙电枢制造工艺规范；(2)复合材料密封组件制备工艺规范；(3)超导磁体支撑系统制备工艺规范；(4)超导磁体制造工艺规范；(
8、5)转子装配工艺规范。硬件成果：(1)定子气隙电枢样件；(2)定子复合材料密封组件样件与可拆卸金属工装；(3)超导磁体支撑系统样件；(4)超导磁体样件。课题4：大容量高速永磁电机转子传热作用机理分析及多场耦合冷却设计技术研 究1研究目标针对大容量高速永磁电机气隙域内流场流体流动演变规律及其制约的转子 热量传递机理研究尚未解决的问题，开展对由转子高速旋转所诱发的气隙域流场 涡流形成界定条件、演变规律、强烈程度及其对转子传热性能的作用机理等关键 问题的研究。阐明高速永磁电机气隙域流体流动形态演变规律，提出多场耦合精 确数值求解方法，提高高速永磁电机高性能冷却数字化设计能力。4.2研究内容(1)气隙
9、域流场涡流特性与转子传热性能作用机理的研究；(2)小气隙风摩阻力特性规律与数值优化研究；(3)多物理场强耦合精确数值求解及温升分布规律的研究；(4)转子热性能优化及其新型冷却设计研究。4. 3考核指标形成高速永磁电机多物理场耦合的温度场计算方法，仿真精度。4.4成果形式软件成果：(1)气隙域内流场涡流特性分析技术规范；(2)小气隙风摩阻力特性设计方法；(3)气隙域内流场涡流特性与转子传热耦合设计规范；(4)高性能冷却系统设计规范及数据库。硬件成果：(1) MW级电机试验验证部套件。课题5：通海冷却系统及冷凝器高效集成热流固多场协同设计技术研究目标针对二回路通海冷却系统向超大潜深、紧凑化方向发展
10、需求，通过开展冷凝 器核心换热器多目标优化、共形化高驱动势宽区间自流、冷却模块高效低阻融合、 冷凝器高能流体排入优化等研究，重点突破异形空间内冷却器结构紧凑共形融合、 传热管相变过程流致激励控制、换热管与管板高承压可靠密封等关键技术，形成 大潜深共形冷却模块热工与结构设计方法、冷凝器高能流体排放结构与防冲击结 构设计方法。5.1 研究内容(1)冷凝器核心换热器多目标优化技术研究；(2)共形冷却模块高效低阻融合设计技术研究；(3)传热管相变过程流致激励控制与可视化验证；(4)多参数高能附加流体集中排入优化设计技术研究；(5)基于大潜深的换热管与管板密封技术研究。5. 3技术指标(1)冷凝器冷凝换
11、热器功率体积比，换热系数设计值与实验测试值偏差， 设计工况过冷度；(2)共形冷却系统模块功率体积比，换热系数设计值与试验测试偏差，海 水侧阻力；(3)典型管束相变过程特征频率下振动激励模拟值与测试值偏差；(4)形成单相水安全注入设计方法，蒸汽安全排入设计方法；(5)冷凝器换热管与管板密封结构能承受水压试验压力，设计交变载荷下 疲劳寿命。5. 4成果形式软件成果：(1)集成冷凝器核心换热器多目标优化设计方法，换热器流场分析模型；(2)共形冷却模块流动传热设计计算模型；(3)相变热力学参数对传热管振动分析软件；(4)高能流体排放结构与防冲击结构设计方法；(5)焊接与胀接最优结构设计方法，换热管与管
12、板密封性能基础数据库。硬件成果：(1)集成冷凝器核心换热区试验件；(2)二回路系统共形冷却模块热工水力性能试验样机；(3)钛合金换热管与管板胀接试验样件。课题6：高转速汽轮机组设计方法及设计体系研究研究目标针对汽轮机组高功率密度高转速设计需求，重点突破汽轮机组高功率密度汽 轮机总体设计、汽轮机组流场控制、高功率密度汽轮机组结构优化设计、高转速 轴系及其关键部件设计、轻量化钛材料部件力学设计、汽轮机组智能控制与高可 靠保护、非稳态流动热共振、汽轮机组多学科协同设计等关键技术，开展高转速 高功率密度汽轮机组设计方法研究，初步建立高转速汽轮机组设计体系。6.1 研究内容(1)超高速轻载汽轮机组总体设
13、计技术研究；(2)高功率密度汽轮机组流场控制技术研究；(3)汽轮机组高转速轴系及其关键部件设计与验证研究； (4)汽轮机组轻量化钛材料部件力学设计与验证研究;(5)汽轮机组智能控制与高可靠保护技术研究;(6)汽轮机组非稳态流动热共振技术研究；(7)汽轮机组多学科协同设计技术研究。6. 3技术指标(1)形成电功率容量，转速汽轮机组设计方案；(2)汽轮机通流模型中长叶片气动效率；(3)转子临界转速避开率，轴系放大因子；磁悬浮轴承组件承载力，可适 用转速；(4)钛机架与叶片减重，固有频率避开率；(5)汽轮机阀门智能驱动机构稳态误差；调速系统瞬态调速率，恢复时间； 直流电制汽轮发电机组可控运行转速；保
14、护系统误动作率；(6)脉动流优化设计及稳态流换热效率；(7)汽轮机组快速设计工具，多学科模型模型组件数量。6. 4成果形式软件成果：(1)汽轮机组轴系特性匹配设计规范；(2)汽轮机高效通流流场控制技术指导文件；(3)磁悬浮轴承机电耦合系统设计指导性文件、磁悬浮轴承安全性设计准 则；(4)汽轮机组钛机架与钛合金叶片设计规范，汽轮机组钛材料使用规范；(4)汽软凸轮高压电液调速控制系统设计方法，全电安保系统设计方案图 库，高功率密度汽轮机组及控制保护系统相关设计方法、规范及图库；(5)脉动流作用下的综合换热性能强化方法；(6)汽轮机组多学科多层次模型库、主要部件快速设计工具集。硬件成果：(1)汽轮机
15、组轴系特性比例试验装置原理样机;(2)汽轮机高效通流流场控制主要部件样件；(3)汽轮机组钛材料机架与叶片样件；(4)汽轮发电机组智能调速控制装置原理样件；(5)汽轮机全电安全保护装置原理样件；(6)高功率密度汽轮机组及控制保护系统相关原理性样件。课题7：基于信息物理融合的舰艇二回路系统热力虚拟试验技术研究目标针对二回路系统对减少高成本长周期物理试验、提升数字化虚拟试验能力的 需求，综合先进感知、高保真计算以及精细化建模等信息技术发展趋势，开展二 回路系统物理空间实体对象与虚拟空间数字模型间虚实交互、双向映射等研究, 突破系统建模及修正技术、系统全态势感知技术、基于虚实结合的系统数字联调 及复杂
16、边界模拟等关键技术，提升对二回路系统热力特征、行为、性能进行精准 描述、分析和预测的能力，部分替代物理试验，具备二回路系统复杂工况的热力 性能虚拟试验能力，支撑实现二回路系统反馈式设计、迭代式创新和持续性优化。7.1 研究内容(1)二回路系统热力特性仿真建模及修正技术研究；(2)二回路系统试验-仿真数据双向交互技术研究；(3)面向信息物理融合的二回路系统状态精准感知及数据挖掘技术研究；(4)基于高精度模型的二回路系统复杂边界模拟及评估技术研究；(5)二回路系统虚拟试验技术及应用研究。7. 3技术指标(1)面向信息物理融合的凝给水系统状态感知数据的种类100%覆盖，系统 流量、水位等关键参数软测
17、量误差；(2)二回路热力试验系统实测参数可与仿真模型实现100%交互，试验系统 全态势感知关键参数精度误差；(3)形成的虚拟试验对象仿真模型具备模型校正功能，基于二回路热力试 验系统的数字试验与实物试验偏差，二回路凝给水系统关键参数预测误差；(4)虚拟试验方案可覆盖部分实物验证试验任务。7. 4成果形式软件成果：(1)二回路凝给水系统状态参数实时展示软件；(2)二回路凝给水系统虚拟试验关键参数软测量程序；(3)二回路凝给水系统高精度模型；(4)二回路试验系统高精度数字模型；(5)二回路试验虚实联调系统；(6)基于实测数据的数字化模型动态修正软件。课题8：鱼雷涡轮机热端部件失效机理及结构强化技术
18、研究研究目标针对鱼雷涡轮机燃烧室、超音速燃气喷管、高速转子等热端部件在高温、高 压、含氯腐蚀性燃气冲刷环境下的局部性能降低乃至失效问题，开展鱼雷涡轮机 热端部件失效机理分析及结构强化研究，突破燃烧室可靠强化及加工、喷管结构 强化及异形双层壳体快速成型、高速转子耐腐蚀强化及小尺度狭窄叶片流道电火 花成型等关键技术，实现鱼雷涡轮机热端部件高效精密制造及极端工况下的稳定 工作，有效支撑新一代重型鱼雷的研制。8.1 研究内容(1)高温高压燃烧室结构强化及腐蚀防护技术；(2)超音速燃气喷管结构失效机理及强化研究；(3)异形双层带喷管发动机壳体一体化设计及快速成型技术；(4)局部进气冲击下高速涡轮转子耐腐蚀强化技术；(5)高速转子小尺度狭窄叶片流道电火花成型技术；(6)鱼雷涡轮机热端部件样件研制与验证。8. 3考核指标(1)含氯燃气不小于90CTC环境中：燃烧室内壁试件质量烧蚀率、线烧蚀率； 涡轮转子材料试件腐蚀速率；(2)工作温度不小于90CTC燃气环境中，燃气喷管试件变形量;