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.     

IET短周期涡轮实验台模拟高空涡轮性能试验研究

本文介绍了中国科学院工程热物理研究所(IET)短周期涡轮实验台的结构、特点和试验过程,参照高空台对航空发动机模拟高空试验的要求,对短周期涡轮试验台和长周期高空台发动机模拟试验进行了比较,探讨了利用短周期实验台进行模拟高空涡轮性能试验的可行性.通过一个低压模型涡轮的试验,验证了本实验台在进行涡轮模拟高空性能试验方面的功能和可信性,从而拓展了本实验台的使用领域.试验获得的模型涡轮的设计点性能以及变工况特性,为研究低雷诺数条件下涡轮内部流动机理和设计提供了丰富的实验数据.     

高压涡轮动叶机匣颗粒物沉积效应的非定常数值研究

航空发动机高压涡轮动叶叶顶区域的流动和传热特性对机匣表面的颗粒沉积物十分敏感。本文针对航空发动机第一级高压涡轮，通过用户自定义函数以及动网格更新技术，采用非定常数值模拟方法，研究了颗粒污染物在高压涡轮动叶通道机匣表面的沉积特性以及沉积物对叶顶区域气动和传热性能的影响，并比较了平叶顶和凹槽叶顶结构导致的沉积特性和气热性能差异。结果表明，颗粒物在动叶通道机匣表面的沉积特性对于叶顶结构并不敏感，颗粒物主要沉积在叶顶中弦附近区域的机匣表面，沉积物沿周向周期性地呈梭形带状分布。颗粒物沉积后，主流在流经机匣表面后会发生流动分离，使得机匣表面的热负荷降低，但会导致平叶顶中后弦区域的热负荷增加。     

主元分析在航空发动机关键系统状态识别中的应用

航空发动机是飞机的心脏,因此,对其状态识别进行研究,一直是业界研究并试图解决的热点问题之一。本文以某型真实发动机气路系统为具体研究对象,通过在专业试验平台对其各种运行状态进行试验,采集其大量试验数据,在对其深入分析的基础上,提出采用高压转子相对物理转速、发动机进口温度、发动机进口压力、压气机出口压力、25截面压气机进口温度、低压转子相对物理转速、低压涡轮后温度、低压涡轮后压力等8个主要参数进行状态识别的方法,首先对其进行标准化处理,再对其进行主元分析,采用主元贡献率法计算出主元个数,并据此构建状态识别模型,确定 统计量和SPE统计量。并以确定的 统计量和SPE统计量作为航空发动机气路系统状态健康与异常识别的标志,对航空发动机气路系统健康与否进行识别研究,研究结果表明,该方法可以很好识别出航空发动机气路系统的运行状态,对航空发动机实际运行及所处状态的识别具有重要的使用价值与工程指导意义。     

考虑冷却的1+1/2对转涡轮初步设计

1+1/2对转涡轮技术是高性能航空发动机需要的关键技术之一。本文以某高性能涡轮为目标进行了考虑冷却的涡轮初步设汁,力图通过设计过程抓住对转涡轮设计与应用中的关键问题。研究结果表明在 1+1/2对转涡轮设计中,考虑冷却方案与不考虑冷却方案相差较大,其中高压涡轮动叶是此类对转涡轮设计中的主要关键点。     

涡轮叶片冷却新方法

现代先进航空发动机涡轮叶片一般采用冲击 对流 气膜复合冷却方法,叶片构造愈来愈复杂,冷气量也愈用愈大。为了进一步提高涡轮进口温度,应该寻求新的冷却途径。本文建议采用强化叶片的内冷过程和利用添加剂减弱燃气向叶片放热两措施来改善冷却。下面分别叙述这些措施的依据和对斯贝MK202发动机一级导叶的温度计算。     

模拟叶片前缘的复合冷却实验研究

提高涡轮前温度可改善发动机性能。当前国外先进航空发动机的涡轮前温度已提 高到1700K左右。远远超过了材料容许的温度,这就必须采用有效的冷却技术。在涡轮叶片上以冲击-气膜复合冷却应用得最为广泛。在国内外发表的一些文献中,对纯冲击冷却及纯气膜冷却都曾进行过大量研究。但目前对冲击-气膜复合冷却的研究公开发表的文献尚不多见。本文仅就叶片前缘的冲击-气膜复合冷却的机理通过实验作初步的探讨。     

基于径向基神经网络的航空发动机气路故障诊断

基于径向基神经网络对民用高涵道比航空发动机风扇、增压级、高压压气机、高压涡轮、低压涡轮5大气路部件的效率降低故障进行诊断。采用Gasturb进行故障训练样本和测试样本库的生成,诊断结果显示,采用径向基神经网络进行航空发动机气路故障诊断的计算时间短、精度较高,不仅能定性的定位故障部位,而且在大多数情况下可以定量的给出该部件的性能衰退程度。某些情况下诊断结果与测试样本不尽一致,但都是方程的合理解,这是因为航空发动机的数学模型是一个多解的复杂方程,一个总性能的衰减对应着多组部件性能衰退的组合。随噪声幅值加大,诊断精度变差,同时研究发现诊断精度受噪声影响的敏感系数在不同的噪声幅值水平下是不同的。     

某型涡轴发动机涡轮设计与分析

针对某型850马力涡轴发动机,本文采用多圆弧和五次曲线造型方法,初步尝试开展了高压涡轮和动力涡轮的气动设计。对高压涡轮静叶采用了冷却结构,以降低静叶表面温度。对其进行了CFD计算和分析,结果表明,所设计的冷却结构有效地降低了静叶表面温度;高压涡轮内部有分离存在,增大了流动损失;动力涡轮无明显分离存在。总体而言涡轮效率达到了设计要求,还需对涡轮的设计进行优化,以提高涡轮性能。     

涡轮叶片不同肋倾角交错肋冷却流动与传热研究

交错肋是航空发动机涡轮叶片的一种高性能内冷结构,为研究涡轮叶片内部交错肋冷却结构的流动和传热特性,针对30?、35?和45?三种肋倾角的交错肋结构进行了雷诺数在17000～70000之间的稳态传热实验和数值模拟研究。数值计算的有效性通过与实验结果进行对比得到充分验证。实验结果显示,在子通道个数和雷诺数均相同的情况下,平均Nu数和摩擦因子均随肋倾角的增大而增加;对比30?倾角的交错肋结构,45?倾角交错肋结构的平均Nu数增加了40.7%,摩擦因子增加了204.9%,综合传热性能提升了13.4%。数值计算结果显示,肋倾角的增大不仅增强了转向区域的冲击作用,而且加强了对侧子通道间的流动掺混,从而达到强化传热的效果。     

双转子涡喷发动机气动性能优化控制研究

航空发动机的控制规律作用巨大,它决定了发动机能否获得设定的稳态工作下性能指标,同时保证工作过程中的压气机和涡轮的气动稳定性。双转子涡喷发动机气动性能优化控制的目的就是有效地挖掘发动机的使用潜力。研究方法采用部件特性法对发动机进行稳态建模,并针对某双转子涡喷发动机的稳态模型进行三种不同稳态控制规律下的仿真,得到发动机性能参数的不同变化趋势,并对其进行了详细的分析。结果表明：保持低压转子转速不变的情况下,随着压气机进口总温的增加,高压转子转速上升,涡轮前温度升高,发动机推力增加;保持涡轮前温度不变的情况下,随着压气机进口总温的升高,低压压气机气动负荷变重,低压转子转速降低;高压转子转速也下降,但是下降幅度很小;燃油流量增加;保持高压转子转速不变的情况下,随着压气机进口总温的升高,燃油流量有一定的增加,低压转子转速有所降低;推力受多重因素的影响,推力值变化趋势较为复杂。     

考虑冷气的某对转涡轮设计简述与流场分析

为进一步缩减涡轮轴向尺寸,提升航空发动机推重比,在考虑冷气的影响下,将某型高负荷1+1对转涡轮改型为1+1/2对转涡轮,并对其内部流场加以分析。研究结果表明,与原型涡轮相比,改型设计在叶片数大幅减少的前提下,效率略有提高且保证了原有的做功量基本不变。此外,对于此类涡轮设计,需考虑大冷气量下通流设计及叶片匹配、高出口马赫数叶型尾缘激波控制、高来流马赫数叶型设计以及高负荷涡轮叶片通道中通道涡对冷却效果的影响等问题。     

涡轮-冲压组合发动机模态过渡段性能模拟和概念探讨

１概述涡轮－冲压组合发动机是可望用于天地往返运输系统和高超声速民航运输的吸气式发动机。在地面起飞和低速飞行阶段以涡轮发动机模态工作,在高空高速阶段以冲压发动机模态工作．涡轮模态和冲压模态的相互转换过程称为模态过渡段。在过渡段中两种发动机共同工作以联合循环方式运行。组合发动机以联合循环方式工作的性能,不仅与组成它的涡轮发动机和冲压发动机本身的型式和特征有关,而且受到两类发动机相互关系以及调节机构的影响。所以,涡轮冲压组合发动机模态过渡段稳态和瞬态过程的研究,是组合发动机性能研究的重要组成部分［１－…     

机匣高速相对运动下温度比对凹槽叶顶气动换热特性的影响

针对航空发动机高压涡轮实际运行工况中来流和涡轮叶片表面的巨大温差，本文以典型凹槽叶顶结构为研究对象，综合考虑静止和机匣高速相对运动条件，开展不同主流–壁温温度比对叶顶表面气动换热特性的影响研究。以课题组实验结果作支撑，对比分析温度比0.6和0.9的数值模拟结果。研究结果表明，随温度比降低，叶顶换热系数明显增加，特别是在机匣相对运动条件下更为明显；凹槽内部和机匣壁面附近流体密度增大，黏度减小，雷诺数明显增加，使得凹槽内旋涡结构位置和尺度发生变化，进一步影响泄漏流动。     

冷气掺混对高压涡轮流场结构影响的数值分析

燃气涡轮发动机中的冷气与主流掺混会带来一定的气动损失,造成发动机总体性能下降。本文在三维N-S程序的基础上,引入一种较为简单的冷气射流计算模型,对一级高压涡轮含有冷气掺混的三维流场进行了数值分析,揭示了冷气掺混对导叶流量特性及损失分布的影响,并通过涡轮叶片排二次流动结构的分析初步探讨了冷气掺混损失机理。     

某小型涡扇发动机高压涡轮气动设计

小涡扇发动机总体要求以及高压涡轮工作特点,决定了小涡扇发动机高压涡轮气动设计上具有低展弦比、二次流损失及叶尖间隙泄漏损失大的特点。根据总体性能结构要求,设计了膨胀比为3.4的单级高压涡轮,三维黏性数值计算表明涡轮性能达到要求,具有较高效率,并重点描述了导向器内部流动现象.为了更好地评估实际工作环境下高压涡轮流动特点,对转静子冷却封严二股气流进行了数值模拟研究,详细分析其对转子二次流动及叶型攻角的影响。     

单轴涡轮喷气发动机起停逻辑设计

以航空单轴涡轮喷气发动机起停控制为研究对象,设计了一种基于有限自动机的燃气涡轮发动机全工作状态起停逻辑。首先,给出了起停控制系统下的输入以及控制输出;然后,设计了涡轮喷气发动机各起停状态,给出了各起停状态之间的转换条件和关系;最后,给出了基于N变化率和EGT温升的点火状态计算方法、点火器控制规律和供油状态量计算规律。该起停逻辑在电子控制器上实现。通过实验,该起停逻辑能够有效控制点火器和燃油系统正常工作,并能及时提供涡轮喷气发动机运行状态信息,延长发动机的寿命,具有很强的工程实用性。     

进口温度不均匀对气冷涡轮叶片传热的影响

本文对带有复合冷却结构的航空燃机高压涡轮导向叶片进行了气热耦合数值模拟研究,分析了温度径向分布不均匀和存在"热斑"涡轮进口条件下对气冷涡轮叶片传热的影响,研究发现进口温度径向不均匀分布在涡轮叶片径向中上部形成相对集中的带状高温区域,并使下游气膜冷却效果降低,热斑的存在进一步加剧对叶片局部区域的热冲击,复合冷却结构能够比较有效地降低由于进口温度不均匀所形成叶片表面局部高热区域的热负荷。     

1+3/2与1+1/2对转涡轮对比分析

为理清1 1/2对转涡轮及1 3/2对转涡轮使用范围和效能,从而帮助设计决策,本文采用Stewart方法,从速度三角形基本分析入手,以速功比为主要变量,考察、对比1 3/2和1 1/2对转涡轮性能特点.研究表明:各转速比下,1 3/2对转涡轮高效率范围都比1 1/2对转涡轮窄,但其高效区发生在更小的总速功比区域;随转速比绝对值增加,两种涡轮高效率区都增加,高效率区位置都偏向大的总速功比区域;相比于1 1/2对转涡轮,1 3/2对转涡轮具有较低出功比,且偏向于低速功比区域;随转速比绝对值增加,两种对转涡轮出功比范围均拓展.这些结果为未来先进航空发动机涡轮选型提供了重要借鉴.     

基于LPV的航空发动机鲁棒变增益控制

随着我国现代化进程的不断加快,航天航空技术标准越来越高,对于航空发动机运转工况的鲁棒性和适应性提出了更高的要求。传统的航空发动机变增益设计步骤繁琐,不能将发动机置于整个航空器的运转去考虑设计,使发动机变增益缺乏相应的稳定性和适应性,易出现系统问题。为此,提出一般基于LPV的航空发动机鲁棒变增益控制系统,依据航空发动机结构参数,考虑到航空器在空中负载特性,计算出新的约束极点 模糊变增益,在航空器发动机工作范围连续增益,避免了传统增益切换情况,在转速控制上确定误差等因素,将非线性控制设计分解为多个线性子问题,使航空器控制系统能够沿着LPV参数轨迹保持良好的运转,保持稳定性能。仿真实验证明,提出的基于LPV的航空发动机鲁棒变增益控制系统控制效果优于传统方法,在航空器发动机转速改变时,控制精度能够满足要求 ,改变航空器负载时,有效对目标进行变增益控制。提出的控制方法对航空发动机鲁棒变增益控制问题提供了新的解决办法,具有较大应用价值。