超高负荷跨音速涡轮的设计与性能分析研究

为了通过增加涡轮级负荷减少级数给涡轮减重,本文开展了单级压比为5的高负荷跨音速涡轮的基本分析和初步设计。研究结果表明,基于常规涡轮设计体系,辅以超高负荷涡轮参数选取以及跨音速涡轮叶片造型方法,进行超高负荷跨音速涡轮的设计,能取得满意效果。在设计工况下,涡轮的级效率达90.3%,且变工况性能相对较好,所设计涡轮基本能达到...     

涡轮叶顶冷却布置对叶顶传热冷却性能的影响

本文采用数值模拟的方法,对比分析了1+1/2对转涡轮四种不同的叶顶冷却布置方案对叶顶传热、冷却性能以及气动特性的影响。四种布置方案分别是:靠近压力面垂直叶顶方向、靠近压力面且与叶顶有30°出射角、中弧线位置垂直叶顶方向、中弧线位置有30°出射角。研究表明,气膜孔沿压力面布置与气膜孔沿中弧线布置相比可以降低叶顶传热系数;由于气膜孔倾斜布置气膜射流动量降低,且削弱了肾形涡的影响,气膜的侧向覆盖范围增大。因此气膜孔靠近压力面布置可以提高气膜冷却效率;气膜孔靠近压力面且有30°出射角比垂直布置叶顶热负荷减少2.7%。另外,气膜孔靠近压力面布置可以降低主流的泄漏流量,有利于减小泄漏损失和提高涡轮效率。     

汽轮机湿蒸汽级中凝结流动的三维数值分析

对一台凝汽式汽轮机低压末三级中的湿蒸汽自发凝结流动进行了三维数值分析,并与忽略自发凝结影响的流动计算结果进行了比较。结果表明,自发凝结流动中,湿蒸汽级组内焓降在各级之间的分配、各级反动度、级的工作压力范围、叶栅出口气流角和出口气流速度发生明显变化。各湿蒸汽级处于“变工况”运行状态,部分湿蒸汽级内流动状况显著变差,并导致叶片强度与振动方面安全性降低。除非平衡凝结损失外,凝结导致湿蒸汽透平级“变工况”运行是湿蒸汽级效率降低的重要原因。     

Non-destructive inspection of drilled holes in reinforced honeycomb sandwich panels using active thermography

The aerospace industry is in constant need of ever-more efficient inspection methods for quality control. Product inspection is also essential to maintain the safe operation of aircraft components designed to perform for decades. This paper proposes a method for non-destructive inspection of drilled holes in reinforced honeycomb sandwich panels. Honeycomb sandwich panels are extensively employed in the aerospace industry due to their high strength and stiffness to weight ratios. In order to attach additional structures to them, panels are reinforced by filling honeycomb cells and drilling holes into the reinforced areas. The proposed procedure is designed to detect the position of the holes within the reinforced area and to provide a robust measurement of the distance between each hole and the boundary of the reinforced area. The result is a fast, safe and clean inspection method for drilled holes in reinforced honeycomb sandwich panels that can be used to robustly assess a possible displacement of the hole from the center of the reinforced area, which could have serious consequences. The proposed method is based on active infrared thermography, and uses state of the art methods for infrared image processing, including signal-to-nose ratio enhancement, hole detection and segmentation. Tests and comparison with X-ray inspections indicate that the proposed system meets production needs.     

Low-coherence interferometric tip-clearance probe

We propose an all-fiber, self-calibrating, economical probe that is capable of near-real-time, single-port, simultaneous blade-to-blade tip-clearance measurements with submillimeter accuracy (typically < 100 microm, absolute) in the first stages of a gas turbine. Our probe relies on the interference between backreflected light from the blade tips during the 1-micros blade passage time and a frequency-shifted reference with variable time delay, making use of a low-coherence light source. A single optical fiber of arbitrary length connects the self-contained optics and electronics to the turbine.     

凹槽叶顶冷气射流对涡轮叶尖泄漏流动的影响

涡轮叶尖泄漏流动对涡轮通道内流动损失有着显著影响,叶顶冷气射流对控制叶尖泄漏流动和改善涡轮叶尖气热性能有重要意义。本文利用数值模拟方法,研究了叶顶冷气喷射位置和喷射流量对高压涡轮凹槽叶顶间隙泄漏流动控制的影响。文中重点分析了泄漏流动结构及涡轮气动效率的变化,探讨了冷气对刮削涡这一间隙内主控流动结构演化的影响。研究表明,冷气孔位置的变化对间隙内刮削涡的演化造成了一定影响,但并未造成涡轮整体效率的较大变化;而冷气喷射流量不仅影响到刮削涡结构演化,而且导致了涡轮级效率近0.5%的变化。     

高能光纤激光经准直系统后的光束质量研究

应用光线光学的理论,对透镜的几何像差、热非线性等因素对光纤激光光束质量的影响进行了分析和计算,给出了激光通过多透镜光学系统后,光束质量参数M²与系统参数的一般关系. 研究了高能光纤激光通过准直系统后的光束质量. 研究结果表明,随着激光功率的增大,经准直系统后光束的光束质量存在最佳值,其对应的激光功率与准直系统参数有关,为高能光纤激光准直系统的设计提供了参考. 关键词： 高能光纤激光 光束质量 准直系统 光线光学     

气膜孔角度对动叶前缘冲击/气膜复合冷却的影响

本文针对GE-E3第一级动叶前缘的冲击/气膜复合冷却结构进行了热流耦合数值研究.采用标准k-ω湍流模型,分析了前缘气膜孔对称布置时,其角度对透平动叶前缘冲击/气膜复合冷却特性的影响;在五种冷气质量流量比(MFR=0005,0.010, 0.016, 0.020, 0.025)下,研究了气膜孔在不同角度(β=20°,25...     

基于机器视觉的高速带钢孔洞检测系统

针对宝钢冷轧1420酸轧联合机组带钢孔洞缺陷在线检测需求，结合机组现场条件，自主开发了恶劣危险环境下的高速带钢孔洞检测系统。该系统以机器视觉技术为基础，配置高性能透射式照明光源和高速线扫描CCD图像传感器，能够获得高质量的带钢图像；系统检测软件采用快速高效的目标识别和边缘检测算法，可在30ms内完成1幅图像的处理计算，实时判定孔洞的存在与否，并将检测结果发送至服务器。系统采用C/S模式作为网络架构，实现检测数据在客户端和服务器之间的可靠传递。系统两年多的上线运行证明：该系统在冷轧机出口十分恶劣的环境条件下，可长期连续工作，准确高效地检出带钢孔洞缺陷，具有卓越的检测性能和良好的稳定性。     

球面阵列LED太阳模拟器光学系统设计

针对氙灯太阳模拟器光电转换效率低、寿命短、辐照强度低,均匀性差等不足,基于LED太阳模拟器光学系统,提出了一种球面阵列LED太阳模拟器光学系统,包括准直光学系统、匀光系统以及光源系统的设计方法。利用同轴透射式光学系统技术设计了双分离结构的准直光学系统, 在分析比较常用匀光系统的性能与组成形式的基础上,阐述积分器与视场光阑的设计过程, 然后基于球面光源的设计思想完成光源系统的设计, 利用LightTools光学设计软件对LED太阳模拟器光学系统进行仿真分析与验证。实验结果表明:球面阵列LED太阳模拟器在工作距离100 mm,输出辐照面积为100 mm×100 mm范围内,其辐照强度大于1 100 W/m2,辐照不均匀度优于3.86%。     

Optical substrate thickness measurement system using hybrid fiber-freespace optics and selective wavelength interferometry

Proposed and demonstrated is a simple few components non-contact thickness measurement system for optical quality semi-transparent samples such as Silicon (Si) and 6H Silicon Carbide (SiC) optical chips used for designing sensors. The instrument exploits a hybrid fiber-freespace optical design that enables self-calibrating measurements via the use of confocal imaging via single mode fiber-optics and a self-imaging type optical fiber collimating lens. Data acquisition for fault-tolerant measurements is accomplished via a sufficiently broadband optical source and a tunable laser and relevant wavelength discriminating optics. Accurate sample thickness processing is achieved using the known material dispersion data for the sample and the few (e.g., 5) accurately measured optical power null wavelengths produced via the sample etalon effect. Thicknesses of 281.1 μm and 296 μm are measured for given SiC and Si optical chips, respectively.     

基于NURBS三维造型的粘性气动最优化设计技术

开发了用非均匀有理B样条对叶轮机械叶片进行参数化三维重构的建模方法,成功实现了透平叶片、压气机叶片和风扇叶片的统一三维重构,并把该模块集成到了基于商业软件iSIGHT的气动优化平台中。在该气动优化平台上通过选择不同的优化策略,对一透平叶片分别进行了“基迭方式气动优化”和“全三维气动优化”,结果证明优化效果显著。     

红外多目标复合模拟器光学系统设计

详述了适用于3～5μm波段、长入瞳距多目标复合的投影光学系统设计。系统实现了干扰和目标发生器共用一个投影光学系统,入瞳距大于2000mm。原理上采用目标系统、干扰系统、主投影系统分开设计,并在主投影系统焦平面上放置中间像面实现目标和干扰的复合。给出了最后的设计结果,包括点列图、调制传递函数曲线。入瞳距2050mm,入瞳口径Φ75mm,视场±2°。     

平行双转镜傅里叶变换光谱仪

在时间调制傅里叶变换光谱仪中,直线运动型动镜很难精确驱动,容易引起倾斜和剪切的问题。旋转型动镜可以解决该类问题。介绍了一种转镜式傅里叶变换光谱仪方案,并对其进行了原理分析和光程差公式推导,提出了工程设计约束条件。该光谱仪由一个分束器,两个固定平面镜,两面平行固定在一个转轴上旋转的平面反射镜,前置镜,后置镜及探测器组成。通过原理介绍得出,该光谱仪结构简单,两条分光光线经同一平面镜反射后干涉,使仪器更容易装调;通过光程差推算得出,该光谱仪容易实现大光程差,光谱分辨率高;通过工程设计约束及仿真分析得出,该光谱仪需要在高速旋转的条件下实现高分辨率采样,容易实现精确运动控制,稳定性好,测量速度快。     

新型LED太阳模拟器光学系统设计及仿真

针对现有LED太阳模拟器同时解决准直性、辐照度均匀性、光谱匹配性三大技术指标的难度较高的问题,基于光电一体化二次光学设计,提出一种简便、高效且可实现大功率的LED太阳模拟器光学系统设计方法。采用小角度准直透镜和抛物面镜来整合光源,通过混光棒和微结构进行匀光,最后利用抛物面镜实现光线的准直输出,基于同轴准直的设计思想完成LED太阳模拟器的设计。利用光学软件LightTools对LED太阳模拟器光学系统进行模拟仿真与分析优化,实验结果表明:在直径为260 mm的有效辐照面上辐照不均匀度为2.5%、准直角为1.5°。     

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…     

新型LED太阳模拟器光学系统设计及仿真

针对现有LED太阳模拟器同时解决准直性、辐照度均匀性、光谱匹配性三大技术指标的难度较高的问题,基于光电一体化二次光学设计,提出一种简便、高效且可实现大功率的LED太阳模拟器光学系统设计方法。采用小角度准直透镜和抛物面镜来整合光源,通过混光棒和微结构进行匀光,最后利用抛物面镜实现光线的准直输出,基于同轴准直的设计思想完成LED太阳模拟器的设计。利用光学软件LightTools对LED太阳模拟器光学系统进行模拟仿真与分析优化,实验结果表明:在直径为260 mm的有效辐照面上辐照不均匀度为2.5%、准直角为1.5°。     

潜在视功能检测仪光学参数特性的研究与优化

针对潜在视功能检测仪临床使用中量程有限和对高度屈光不正患者检测结果有一定误差的现象，研究了其光学系统成像特性，建立了系统对视力板成像的视觉放大率公式，分析了准直透镜、成像透镜焦距变化对视觉放大率的影响。系统中视力板移动检测时，准直透镜焦距影响视觉放大率变化快慢，决定视觉放大率曲线的平缓程度；成像透镜焦距对视觉放大率产生整体影响，使视觉放大率曲线产生整体平移。找出了系统的理想参数，能使视觉放大率在整个视力板移动范围内保持不变，消除了检测过程中视力板放大率不同带来的检测误差。通过对各参数的数值分析，得到最优参数，系统检测量程从原来的－7D～＋12D扩大为－11D～＋15D。     

基于NURBS的叶片全三维气动优化设计

采用NURBS对叶轮机械叶片的关键截面和基迭线进行参数化表达,该表达方法为基于现代优化算法的叶片粘性气动最优化设计提供设计变量,以实现对叶片截面和叶片基迭线弯、倾、扭、掠变形的控制。该方法编写成的叶片全三维控制模块和网格自动生成程序、CFD程序集成到商业软件iSIGHT中,构成了叶片全三维粘性气动优化设计平台。在该平台上选用ASA成功进行了某透平静叶片的全三维粘性气动最优化设计。实验结果表明通过同时改变叶片截面和叶片基迭线的方法能够有效地抑制叶片的二次流损失,因此该设计平台在叶片气动优化设计中有广阔的应用前景。     

Application of local indentations for film cooling of gas turbine blade leading edge

The paper presents results of computer simulation of the film cooling on the turbine blade leading edge model where the air coolant is supplied through radial holes and row of cylindrical inclined holes placed inside hemispherical dimples or trench. The blowing factor was varied from 0.5 to 2.0. The model size and key initial parameters for simulation were taken as for a real blade of a high-pressure high-performance gas turbine. Simulation was performed using commercial software code ANSYS CFX. The simulation results were compared with reference variant (no dimples or trench) both for the leading edge area and for the flat plate downstream of the leading edge.