对转压气机三维掠动叶优化设计

为探索三维掠动叶降低对转压气机二次流损失的潜力,进一步提高对转压气机气动性能,基于近似函数与遗传算法,针对某对转压气机双排转子在整机环境下进行三维掠动叶优化设计,并对优化前后流场进行对比分析。优化成功的得到了双排“S”形掠动叶,结果表明:三维掠动叶有效改善了双排动叶吸力面径向二次流,减小了吸力面低速区,提高了对转压气机性能,优化工况点整机效率提高0.6%,全工况范围内效率均有所提高;三维掠动叶提高对转压气机效率的根本原因是其对径向负荷分配的重新调整,将叶展下方流动较差区域负荷移至叶展上方,改善流场的同时保证对转压气机负荷不变。      

某型航空发动机高压压气机转子叶片3D打印再制造技术研究

针对某型涡扇发动机高压压气机转子叶片叶尖磨损故障,采用3D打印再制造技术进行修复。研究表明,采用3D打印再制造技术可实现该转子叶片的叶尖修复,解决了叶尖修理极限确定、逐层堆积过程中成形困难和复杂型面净近成形等难题。     

并联式TBCC发动机排气系统性能数值模拟

针对一个并联式涡轮基组合循环(Turbine Based Combined Cycle, TBCC)发动机排气系统的气动方案,对其在整个飞行包线范围内典型工作点上的流场进行了数值模拟研究,获得了飞行包线范围内排气系统相应的推力系数、升力、俯仰力矩随飞行马赫数的变化关系。计算结果显示,在整个飞行包线范围内,排气系统的轴向推力系数随着飞行马赫数先减小后增大,在跨声速飞行时降到最低 Ma=0.9,涡喷不加力时为0.562,加力时0.662),在设计点附近达到最大;升力和俯仰力矩性能在亚声速及跨声速飞行时较差,在超声速飞行时随着飞行马赫数增加逐渐好转。表明排气系统在跨声速飞行范围内工作时应采取措施以改善其性能。      

高超声速飞行器逆向射流与层板发汗组合热防护的攻角特性分析（英文）

目的:采用层板发汗技术改善高超声速飞行器在攻角飞行时迎风面逆向射流的热防护性能。创新点:1.提出逆向射流与层板发汗组合热防护方案用于高超声速飞行器的热防护;2.采用层板发汗技术改进高超声速飞行器在大攻角飞行时热防护失效的不足。方法:1.设计逆向射流与层板发汗组合热防护钝头体模型(图1);2.通过数值计算方法对比逆向射流与层板发汗组合热防护在不同攻角飞行时的流场结构和激波特性(图6～8);3.通过数值计算方法获得逆向射流与层板发汗的组合热防护特性(图9～12)。结论:1.在攻角飞行时,来流与射流方向发生偏离,且迎风面的再压缩激波增强;2.随着攻角的增加,迎风面受热加剧,且当攻角增加到一定程度时,逆向射流热防护失效;3.采用组合热防护系统时,发汗流的引入可以改善再附区近壁面区域的热环境,从而减少壁面的热流。     

后台阶流动及控制技术研究

在微型低湍流度直流风洞开展了后台阶流动控制试验,对后台阶上游表面无控制、安装粗糙带及涡流发生器这3种状态进行流场流动测试,分析了后台阶下游区域的流场流动变化规律。研究结果显示:安装粗糙带及涡流发生器可减小后台阶拐角处流场回流区域范围,再附着位置向前移动;相比于粗糙带结构,采用尺寸更大的涡流发生器,再附点位置更加靠前。     

某型燃气轮机起动过程仿真分析

基于Matlab/Simulink软件平台,采用模块化建模的方法建立了某型三轴燃气轮机起动过程的仿真模型。通过对起动机带转高压转子和起动机带转低压转子两种起动方式进行仿真,研究两种不同起动方式对起动性能的影响。仿真结果表明,在给定相同供油规律和相同起动机功率条件下,某型燃气轮机低压起动与高压起动相比,高压压气机喘振裕度有所提高,动力涡轮进口温度最高值更高,起动时间几乎一致。研究结果为今后燃气轮机起动设计方式的选择提供参考。     

高超声速风洞虚拟仿真实验教学项目设计与实现

采用项目法开展虚拟仿真实验教学是推进现代信息技术融入实验教学、拓展实验教学内容广度和深度、延伸实验教学时间和空间、提升实验教学质量和水平的重要举措。为此,设计了高超声速风洞虚拟仿真实验教学项目,开发了高超声速风洞原理及结构设计、高超声速风洞操作流程以及高超声速风洞气动及流场环境虚拟仿真实验3个模块内容,让学生充分掌握高超声速空气动力学基本知识及原理,认识高超声速空气动力学常用的风洞实验设备工作原理及设计流程,了解高超声速典型气动外形气动力及流场随飞行高度、马赫数、模型姿态角的演化特性,探索建设实验空气动力学教学基础实验平台新途径。该项目以解决实际问题为导向,结合课堂讲授理论知识,在虚拟环境条件下开展高超声速气动及流场测量实验,推进现代信息技术融入高超声速实验教学。     

内外双转子故障模拟实验台设计与优化

参考某型航空发动机的结构特点,提出了一种双转子实验台结构,此台架主要由动力电机、内转轴、外转轴(空心)、支承、轮盘、皮带、皮带轮、底座等构成。其主要特点是:内外2个转子通过中介轴承耦合在一起,分别由不同的电机驱动;4个轮盘分别用来模拟低压压气机、高压压气机、高压涡轮、低压涡轮的质量。采用直接传递矩阵法计算了实验台架的前3阶临界转速,分析了支承刚度、转速比、轮盘的极转动惯量、长径比等因素对台架临界转速的影响,并据此对实验台架作了优化。优化临界转速后可以有效地减小运行时的振动,显示优化是有效的。     

基于Hamilton原理的双跨转子系统建模和转子动态特性分析

研究目的：研究双盘双跨转子/轴承/汽封系统在非线性油膜力和非线性汽封力共同作用下的动力学特性,分析了转子转速、密封力、油膜力和联轴器刚度等因素对转子稳定性的影响。创新要点：采用Hamilton原理和有限元方法建立双盘双跨转子/轴承/汽封系统模型,使得双跨多节点的转子系统数值求解更加容易。研究分析转子转速、非线性密封力、非线性油膜力和联轴器刚度等因素对转子稳定性的影响,为大型转子系统的设计提供理论基础。研究方法：采用Hamilton原理和有限元方法建立双盘双跨转子/轴承/汽封系统模型（图1和2）。应用四阶Runge-Kutta法进行数值求解,并采用轴承处、圆盘处的分岔图、时程图、庞加莱映射图、频率图和相轨迹图等来分析转子系统的动态特性。重要结论：1.通过数值计算分析,转子的转速、非线性汽封力、非线性油膜力和联轴器的刚度对双跨转子的稳定性有重要的影响作用。2.随着转速的上升,双跨转子系统从最初的稳定运动,到三倍周期运动,到准周期运动和多倍周期运动交替出现,运动特性相比单跨转子系统要更为复杂。     

基于PF-LBM背景速度场对单晶核凝固生长的影响（英文）

在自然环境和工业系统中为了促进/抑制冰的形成,采用相场-粒子玻尔兹曼方法模拟了冰单晶核的生长演化过程,并分析背景流场条件对单晶核晶枝生长的影响.结果表明：背景流场使枝晶生长呈现不对称形状,即迎流侧的单晶核晶枝远比背流侧晶枝发达;迎流侧晶枝顶端生长速率远大于背流侧的枝晶生长速率,上游侧的晶枝尖端半径大于背流侧的晶枝尖端半径;在有背景流场条件下,单晶核的固相比大于无背景流场.背景流场的流速越高,迎流侧枝晶越发达,枝晶生长速度越快,枝晶尖端生长速度也越快.背流侧的流场流速较低,过冷度低于迎流侧,抑制了凝固过程,生长速度较慢,枝晶生长受到抑制.