基于近似技术的涡轮叶片气动优化设计

根据五次多项式方法进行三维涡轮叶片的参数化建模,采用N-S方程和湍流模型进行三维流场分析计算,以K-S函数法作为优化方法,利用近似技术加速循环优化速度,建立了一种基于近似技术的涡轮叶片的气动优化方法。将气动效率和总压比作为目标函数,对涡轮叶片进行多目标气动优化、形状优化。算例表明本文提出的涡轮叶片优化设计方法是有效的。     

一组低转速径流式压气机叶轮三元流动参数分布的计算及与实验数据的对比

本文采用构造叶片面的上下游延伸流面,在接长了的叶轮通道内,用准正交面法计算径流式压气机叶轮三元流场。用于计算S.Mizuki低转速叶轮二个流量系数情况下的流场,对无分离的B型叶轮,计算结果与实验数据符合得相当好;对分离严重的A型叶轮,计算结果亦可对分离区的产生提供合理的解释。本方法可应用于径流式压气机叶轮变工况流场分析。     

浅析光弹性法在增压器叶片强度分析上的应用

为了研究某型号涡轮增压器的涡轮叶片工作时受载荷情况,采用模型技术制造的环氧树脂叶片来取代真实叶片,并安装到涡轮上.采用合适的加载方式,使得叶片能模拟工作时的状态.环氧树脂的特性是可以将载荷以条纹的形式固化在其中.当载荷卸去后,获得的光弹性模型可切片以进行光弹性应力分析,获得模型内部应力,从而可方便的对涡轮叶片的强度进行全面研究.     

涡轮叶片的持久寿命预测模型

镍基高温合金用于制造发动机的高压涡轮叶片.为了提高涡轮叶片持久寿命设计参数选取和设计方法的可靠性,从涡轮叶片代表性部位取材并设计、加工试验试件,进行持久寿命试验.试验过程中记录试件的变形量,进而推算出其蟠变应变,然后利用修正θ-Project Concept法来建立其持久寿命预测方程,并对其进行验证.     

涡轮冷却叶片气动与传热设计优化

提出了航空发动机涡轮冷却叶片叶栅气动与传热自动优化方法,利用函数解析成型方法实现了冷却叶片几何模型的参数化与自动生成,可以建立任意冷却内腔数量的叶片模型;基于N-S方程实现叶片流体域与固体域的流-热耦合分析;采用KS函数方法将多目标优化问题转化为单目标函数进行优化,以总压损失、叶片最高温度和平均温度最小为优化目标进行了自动优化,改善了叶片性能。     

涡轮模化试验数据的整理与模型级的推广

本文根据涡轮模化试验数据的综合整理与推广应用的要求,提出了包括导叶动叶出口喉部面积比在内的数据整理用准则;藉此可以简便地将单级涡轮模化试验结果有效地推广到不同子午面通道几何形状的应用场合。介绍了应用这些准则使R-250燃气轮机叶片成功地模化作为80系列和其他增压器涡轮叶片的例子。最后对工质绝热指数K的模化修正问题作了讨论。      

低压涡轮内部流动及其气动设计研究进展

随着高空无人飞行器研究的不断升温, 高空低雷诺数条件下动力装置的研究越来越受到人们的重视.结合近年来国内外相关领域的研究工作, 对低雷诺数低压涡轮内部复杂流动机理的研究进展进行了介绍, 包括低雷诺数情况下低压涡轮内部非定常流动的特点, 叶片边界层分离及转捩现象机理, 上游周期性尾迹与下游叶片边界层相互作用机理等. 在此基础上给出了适合低雷诺数条件的低压涡轮气动设计方法:尾迹通过与边界层的相互作用, 能够抑制分离, 进而减小叶型损失, 在气动设计中有效引入非定常效应可以大幅度提高低压涡轮的气动负荷或降低气动损失, 最终达到提高性能的目的;数值及实验结果验证了这种设计方法的有效性.      

涡轮叶片蠕变全过程的修正Graham模型的参数识别

针对定向凝固镍基合金制造的航空发动机涡轮叶片,从涡轮叶片典型部位取材并设计制造模拟试件,在980℃下不同应力水平下进行单轴蠕变试验。对试验数据进行了唯象学的数学描述,并对ANSYS有限元分析软件中Graham蠕变模型进行了修正,使修正后的模型能够比较精确地描述单轴蠕变的全过程。并应用修正Graham模型对试验过程进行数值模拟,研究表明ANSYS有限元模拟蠕变的结果和试验数据吻合较好。这说明了修正Graham模型模拟单轴蠕变过程的合理性,该模型在一定程度上为ANSYS在金属材料蠕变分析方面的二次开发提供了理论基础。     

各向异性晶体滑移有限元程序及其应用

本文全面介绍了各向异性晶体滑移结构强度和蠕变分析有限元程序的原理、功能特点及其在镍基单晶涡轮叶片中的应用实例。     

融合相似性原理的涡轮叶型流场预测方法研究

计算流体力学(CFD)方法是涡轮叶片等设计阶段性能评估的重要手段.然而,基于CFD的数值仿真方法通常比较耗时,难以满足涡轮叶型设计阶段快速迭代的需求.为实现快速性能评估并克服纯数据驱动预测模型泛化能力不足的问题,受到物理增强的机器学习思路的启发,将相似性原理与深度学习模型相结合,提出了一种泛化能力强的涡轮叶型流场预测新方法.以涡轮叶片表面等熵马赫数分布预测为例,提出采用相似性原理对叶型几何变量和气动参数进行归一化,进而在归一化参数空间构建训练样本集与深度学习预测模型,由此建立统一的流场预测模型,对几何尺寸、边界条件差异较大的叶型气动性能进行评估.在完成模型训练后,对归一化条件下不同工况/不同形状叶型的流场、真实环境下不同工况/不同尺寸叶型的流场以及GE-E³低压涡轮不同截面叶型的流场进行预测,结果表明预测结果的分布曲线与CFD评估结果吻合良好,平均相对误差在1.0%左右,由此验证了所提出的融合相似性原理的流场预测模型的精度与泛化能力.     

高压比单级涡轮增压器

评述了高压比下运行的离心式压气机以及轴流式和向心式涡轮能达到的性能。提供了对于运行压比超过4.0:1,总膨胀比3.7:1的涡轮增压器离心式压气机和单级轴流涡轮的性能。强调了在高压比下压气机运行范围的重要问题并详述了对达到广泛范围所加的限制。评述了与现代离心式压气机和轴流式涡轮的设计逐步增载到运行压比5.0:1有关的问题。本述评包含把向心式涡轮引入非汽车涡轮增压器范围的现实性。      

串列叶片式前向离心风机气动与噪声特性的优化研究

对采用串列叶片的某前向离心风机内部三维非定常流动进行了数值计算,重点研究了串列叶片不同叶片相对长度和不同叶片相对周向位置两个参数对风机气动性能及气动噪声的影响.通过响应面方法对数值结果进行二次回归拟合,得到两个参数与风机效率和A声级间的函数关系,并进行了优化分析.数值结果表明:两个参数对串列叶片式前向离心风机效率和A声级均有较大影响,合理的串列叶片设计能够在保持气动性能基本不变的情况下降低风机的气动噪声.将可靠的CFD数值技术与响应面方法结合起来用于指导离心风机的改进及试验设计是可行的,本文的研究结果可为串列式离心风机在节能与降噪的总体设计方面提供参考.     

复合材料导向叶片的结构与材料一体化优化设计

将材料细观结构优化和宏观结构优化结合起来,从结构与材料两个尺度出发,发展复合材料导向叶片的结构与材料一体化优化设计方法.在建立平纹编织复合材料细观结构分析模型的基础上,采用细观力学有限元法进行材料刚度性能预测,热-固耦合分析方法进行涡轮导向叶片结构分析.同时以细观结构参数和宏观结构参数为设计变量,以叶片质量最小为优化目标,并要求满足应力和位移方面的约束,进行编织复合材料导向叶片的结构与材料一体化优化设计.     

某型飞机发动机涡轮叶片故障分析中的光弹性法的应用

某型飞机发动机发生多起涡轮工作叶片断裂故障，本文用光弹性试验对该叶片结构进行分析，对失效原因提出分析意见，光弹性试验的研究结构已得到转子旋转疲劳试验及发动机等效试车试验的证明，同时通过光弹性试验提出了叶片的结构改进方案，新结构已通过低周疲劳试验及发动机台架试车的考核。     

叶片转动对涡轮间隙内部流动影响的数值研究

机匣与叶片的相对转动是影响涡轮叶顶间隙流动的重要冈素之一.对LISA 1.5级轴流涡轮间隙内部流动的数值计算结果表明:叶片转动对涡轮间隙流动有阻塞作用.叶片静止时,由于阻塞作用消失,导致间隙入口速度增大,间隙流鼍增加,并且通过间隙的流体全部卷起形成间隙涡.同时在叶片顶部吸力面侧前缘、中部各形成一个间隙涡,使得间隙流动损失增加.而且转速下降会加剧动叶出口截面气流过偏/偏转不足现象.同时叶片静止时,间隙前部各个弦长截面内静压自间隙入口开始一直呈增加趋势,直到叶片尾缘附近截面,间隙截面内静压才逐渐稳定.     

延安宝塔山景区滑坡地质灾害风险评估

机匣与叶片的相对转动是影响涡轮叶顶间隙流动的重要因素之一. 对LISA 1.5级轴流涡轮间隙内部流动的数值计算结果表明：叶片转动对涡轮间隙流动有阻塞作用. 叶片静止时,由于阻塞作用消失,导致间隙入口速度增大,间隙流量增加,并且通过间隙的 流体全部卷起形成间隙涡. 同时在叶片顶部吸力面侧前缘、中部各形成一个间隙涡,使得间 隙流动损失增加. 而且转速下降会加剧动叶出口截面气流过偏/偏转不足现象. 同时叶片静止 时,间隙前部各个弦长截面内静压自间隙入口开始一直呈增加趋势,直到叶片尾缘附近截面, 间隙截面内静压才逐渐稳定.     

蜗壳内紊流流场的有限元法计算

用有限元法计算径流式叶轮机械蜗壳的紊流时均流场.有关紊流模型采用K-ε两方程模型,用关于压力p的罚函数方法求解.所得结果可供分析蜗壳流场用.文中方法也可用于计算其他形状的二维通道流动.     

基于BESO算法的涡轮盘拓扑优化

涡轮盘作为航空发动机的核心部件之一,其轻量化设计对航空发动机效率提升至关重要。基于双向渐进结构优化算法（bidirectional evolutionary structural optimization, BESO）拓扑优化模型,使用灵敏度过滤的方法抑制棋盘格现象,用ANSYS的参数化设计语言（ANSYS parametric design language, APDL）编写拓扑优化程序,对离心载荷作用下的涡轮盘进行结构优化,并通过施加叶片等效载荷的方式,考虑叶片对于优化结果的影响。结果表明,使用编写的算法进行拓扑优化迭代步数减少,显著提升优化效率,在减重26%的条件下,拓扑出的新的结构模型结构总应变能降低48%,结构刚度提升,最大等效应力降低25%且应变能和应力分布更均匀合理。

     

平面跨音速叶栅的正、反混合问题

本文在文献[1],[2]的基础上提出了跨音速平面叶栅的一种正、反混合问题并给出了求解方法。根据本方法编制的计算机程序既能用来分析已有跨音速平面叶栅的绕流流场,又能设计兼顾气动,强度等方面要求的叶栅型线,还可以局部修改叶栅型线。应用时灵活方便。文中以Hobson冲击式涡轮叶栅作为例子,考核了此种正、反混合问题的提法和求解方法。结果是满意的。     

汽轮机非线性间隙气流激振力分析（Ⅰ）——相对进气速度沿叶高不变

从流体动力学出发，应用动量定理研究汽轮机短直叶片和扭叶片由于间隙引起的非线性气流激振力问题，综合考虑了叶片的各项设计参数并应用理论分析的方法导出普遍适用的计算公式，解决了Alford公式中需人为选取效率系数的困难．为进行包含Allord力的转子非线性稳定性分析打下了基础．