考虑冷气掺混的涡轮分层次气动优化设计体系

通过将优化理论引申到涡轮气动设计体系中,建立具有自动优化设计能力的燃气涡轮分层次优化设计体系,给出优化设计体系框图和计算系统的基本架构,分析了各层次优化设计解决的问题和解决问题的过程.为了实现三维多级优化,介绍了基于流场分析的局部优化策略和参数组群组合优化.为适应燃气轮机涡轮的气动设计,在这一体系中每一个程序都要考虑冷气掺混.实例表明,该设计体系下的设计过程快速高效.     

涡轮过渡段气动性能数值优化

采用CFD数值模拟方法对中档功率燃气轮机燃气涡轮与动力涡轮之间的涡轮过渡段进行气动性能优化设计.在原始涡轮过渡段流道及承力支板基础上,新设计进口导流叶片,优化过渡段流道,并采用Numeca软件Design3D 优化平台计算机自动寻优,数值模拟相对比较说明,新设计的涡轮过渡段气动性能满足指标要求.涡轮过渡段承接燃气涡轮、...     

高负荷低压涡轮的多级气动优化设计

采用多级涡轮气动优化设计流程对某四级高负荷低压涡轮进行多级气动优化设计.首先采用准三维设计减少静叶叶片数,并初步提高性能,然后应用多级局部优化进一步提高总体性能.优化联合采用人工神经网络和遗传算法对各列叶栅进行三维局部优化.流场计笄采用全三维粘性流N-S方程求解.通过优化设计,改变了级负荷系数和切向升力系数在各级中的分布,改善了各列的性能,总效率提高0.6%,总流量基本不变,总体性能提高.     

热斑分布方式对气冷双级涡轮气热性能影响研究

针对两种不同时序位置热斑在大冷气量燃气涡轮通道内的迁移对涡轮气动性能、叶片表面热负荷和气动激振力的影响开展了数值模拟研究,对比分析了涡轮效率、叶片表面温度分布、出口总温分布、非定常激振力时域/频域特征等,对进口热斑时序位置的选取方式进行了讨论。结果表明对于气冷燃气涡轮,与热斑正对通道中心相比,热斑正对导叶前缘可以有效降低动叶热负荷、改善第二级导叶温度分布均匀性、抑制效率下降、降低非定常激振力水平,有利于改善燃气涡轮气动热力性能。研究结果为大冷气量双级燃气涡轮热斑时序位置选取提供了依据。     

多级无导叶对转涡轮气动设计研究

为了有效减少当前航空发动机轴流涡轮导向器的叶片排数,对多级无导叶对转涡轮的气动设计方法展开了研究.给出了该类型涡轮的基本结构和命名方法,介绍了使用该涡轮的发动机热力循环模拟和性能计算流程,提出了能够改善动叶进口预旋、提高级载荷和效率的设计方法。完成了一个由4排锥形动叶构成的高负荷多级无导叶对转涡轮气动设计,设计点总压比和总效率的数值模拟结果分别为10.4和91.2%,验证了设计方法的有效性.     

燃气涡轮机气冷涡轮气动设计体系设计思想及其应用

由于燃气涡轮机的发展,作为燃气涡轮机最重要的部件气冷涡轮,其负荷与涡轮前温度不断提高,为适应这一发展,气冷涡轮气动设计体系与设计思想均有了新的发展.本文的目的就是从三个方面分析与介绍这一发展内涵.第一部分,重点介绍气冷涡轮气动设计体系的发展、介绍主要程序的特点与分层优化设计过程.第二部分,重点介绍应用平均方程在计算气冷涡轮气动问题时,如何提高计算的可靠性与计算精度.第三部分,重点介绍气冷涡轮三维气动设计思想.     

单/双向进气再入式涡轮内部流动特性研究

利用三维数值计算方法,得到了单/双向进气再入式涡轮总体性能参数,并对其内部流动进行了详细研究。通过对数值模拟结果的分析表明:单向进气再入式涡轮尺寸较大、结构复杂的再入管道,使得流经其中的燃气总压损失大于双向进气结构型式,且单向进气再入涡轮第二级动叶进口负冲角更大,造成更高的进气损失,因而其总静效率较双向进气结构型式低2.37%。单向进气再入涡轮动叶排两侧压力沿周向分布不均匀性参数分别为1.0472和1.6530,双向进气结构型式为1.8497和1.1233,双向进气结构型式压力沿周向不均匀性更大,导致轴向间隙内的燃气沿周向窜流的程度更大,且双向进气结构型式的第一级进气扇区与出口段布置在同侧,使得沿周向窜动的燃气更易直接流出涡轮,降低了再入管道对前面级燃气的收集能力。     

涡轮导叶气膜冷却结构半反设计优化方法

气膜冷却技术是高性能燃气涡轮设计的关键。本文研究并建立了涡轮叶片气膜冷却结构的半反设计优化方法。此方法以叶片的一维传热模型为基础,通过约束叶片的气膜冷却效率分布实现对叶片温度分布的半反设计;提出了基于三维CFD计算结果建立半反设计优化数学模型的方法,并采用组合优化问题遗传算法寻优得到满足设计约束且冷气量最小的气膜冷却布置方案。研究表明,气膜冷却半反设计优化方法能够设计叶片气膜布置方案并得到必要的冷气量,同时具有较高的设计效率。     

航空涡轮发动机中的物理学

航空发动机的技术含量密集而难度高,其制造水平是一个国家工业技术水平的重要标志。航空动力主要使用燃气涡轮发动机,本文简要描述了航空涡轮发动机的结构类型和特性,运用热力学和流体力学的基础理论解释了几种航空涡轮发动机的结构演化,并介绍了航空涡轮发动机的关键技术单晶镍基合金叶片,最后给出了我国航空发动机事业的发展概况。     

冷气喷射对直叶栅型面压力及气动损失分布影响的实验研究

提高燃气涡轮比功率，降低比油耗要通过升高涡轮入口温度和压气机压比实现，但必须对涡轮叶片实施诸如气膜冷却等保护措施。Ito和Goldstein[1]，Yamamoto[2]等分别研究了冷气喷射对在叶栅气动性能的影响。本文通过实验研究了冷气喷射对叶型型面压力和叶栅流道内气动损失的影响，并得出了一些有意义的结论。1实验装置实验在哈尔滨工业大学发动机气体动力研究中心低速风洞实验台[3]上进行。图1及表1给出了实验用叶片型线（取自一典型涡轮导向器叶型），冷气喷射孔位置及静压孔分布。叶片表面前缘、吸力面后部和压力面后部开了三列孔，每列孔…     

多级轴流压气机气动特性优化

采用轴对称特性优化程序对四级轴流压气机进行气动特性优化,研究分析叶片几何参数变化对设计工况及(n)=1.0、0.9转速线上性能影响.指出在多级轴流压气机气动设计过程中,设计工况性能优化将对非设计工况性能产生关联,因而在追求设计点性能同时必须兼顾各折合转速线上性能.实施非设计工况下设计参数优化有望带来多级轴流压气机性能整体提升.     

基于Kriging代理模型的飞行器结构刚度气动优化设计

大飞机具有轻质大柔性特点,使得气动/结构耦合作用增强,在设计过程中需要考虑这种耦合效应,直接调用CSD/CFD方法计算周期长,无法满足工程需要.代理模型方法由于能显著提高工程优化设计的效率,已广泛应用于飞行器气动外形优化设计中.采用Kriging方法建立代理模型,通过求解EI函数最大值得到需添加的样本点以更新代理模型,提高代理模型的拟合精度,结合改进的粒子群最优化方法对大飞机的结构刚度进行了优化设计.结果表明,该优化方法能够处理复杂目标的全局优化问题,在保证升力系数及纵向稳定性能不恶化的前提下,降低飞机巡航状态的飞行阻力.      

用TVD格式求解一维滑坡问题

本文用二阶精度显式TVD格式计算了一维滑坡问题,得到了和实际值基本一致的结果。     

Flutter analysis of cantilevered quadrilateral plates

In this paper, the title problem is solved by using a numerical method involving an integral equation technique and a normal mode method. Linear plate theory has been used for computing the strain energy and kinetic energy of the plate. Piston theory has been used to describe the aerodynamic pressure distribution. Numerical work has been done and convergence of the solution has been studied. Results have also been obtained for various cases and compared with those of other investigators.     

气动/几何约束条件下翼型优化设计的最优控制理论方法

基于最优控制理论原理和Navier-Stokes方程,研究了气动/几何约束条件下多设计变量的翼型气动优化设计问题.根据给定的目标函数表达形式,在计算坐标下详细推导了相应的共轭方程及边界条件,以及梯度方程的具体数学形式.通过合理数学变换,得到了物理空间上适应于CFD数值求解的共轭方程直观表达形式,并发展了有效数值求解目的.通过将流动方程、共轭方程、目标函数敏感性导数和优化算法相结合,发展了一种新的气动优化设计目的.相关设计算例表明该目的在设计理论、适用性以及时间费用等方面具有显著特色和优点,且设计结果更为可靠.     

离心压气机回流器三维气动优化设计

回流器作为多级离心压气机两级间非常重要的连接部件,其内部的二次流动十分显著。回流器的设计目标是以尽可能小的损失对上一级出口气体进行整流,减小下级叶轮进口处的流场畸变。本文通过对回流器流道和整流叶栅进行参数化建模,采用多岛遗传算法对某多级离心压气机回流器进行基于N-S方程数值求解的三维气动优化设计,着力于提高变工况条件下回流器的级等熵效率以及使变工况条件下回流器的出口气流角尽可能均匀。     

光学炮塔气动载荷的非稳态特性

采用耦合J-B模型的IDDES模型与双时间步LU-SGS方法开展炮塔非稳态气动载荷的数值仿真研究。炮塔流动会发生分离,天顶位置的分离角大于90°;当流动绕过炮塔时,形成马蹄涡、脱落涡街等非稳态流场结构,导致气动载荷也具有非稳态特性;炮塔顶点的脉动静压功率谱在1.6~40.0 kHz进入各向同性均匀湍流的惯性子区,基本满足Kolmogrov的-5/3定律;气动力以阻力为主,横向力的脉动幅值大,气动力矩则以俯仰力矩为主,滚转力矩的脉动幅值大,偏航力矩可以忽略不计;气动力和力矩的功率谱主要集中在1 kHz以下,存在多个尖峰频率,主频约为230 Hz (斯特劳哈尔数为0.15)。在ATP系统设计之初,需要考虑光学炮塔所受气动载荷的非稳态特性,并规避尖峰频率尤其是主频的谐振破坏问题。     

透平叶栅三维形状反问题研究

随着CFD技术的发展,基于伴随方法的求解Euler和NS方程的气动优化设计已成为流体力学形状反问题研究中的热门领域.本文应用该方法对透平叶栅进行三维气动优化设计,详细推导了Euler方程伴随系统的偏微分方程组及其各类边界条件,首次给出了透平内流伴随方程边界条件的具体形式,并给出伴随变量的物理意义.结合拟牛顿算法发展了三维透平叶栅形状反问题气动优化算法,并给出了算法的流程.     

高能激光器气动窗口光束质量的评价方法探讨

 通过对高能激光器气动窗口的研究现状和应用需求的分析，指出建立一套气动窗口光束质量的评价方法是十分必要的。在分析气动窗口工作机理和现有激光光束质量评价因子的基础上，提出一种评价气动窗口光束质量的方法，即用斯特列尔比来评价气动窗口的光束质量，并辅以相对衍射极限因子进行远场直观说明。分析表明，此种评价方法是可行的，并达到了不受限于气动窗口类别的光束质量评价的要求。     

Numerical simulation of the side pylon effect on the aerodynamic characteristics of models at their wind tunnel tests

The possible influence of fastening the models on a side pylon at their tests in wind tunnels on their aerodynamics at supersonic flow speeds has been considered. The physical problem of the pylon and the model interference has been investigated, and the estimates of the pylon influence on integral aerodynamic characteristics have been obtained. The numerical computations of the flow have been done using the averaged Navier-Stokes equations and the SST k-ω turbulence model in the range of freestream Mach numbers M = 2.5-5. As the investigation object the “classical” body of revolution of large aspect ratio is considered, which has a cruciform forward fins and six-blade tail stabilizers.