旋转涡轮盘腔中等转速下内部流场分布实验

1引言航空发动机性能的不断提高使得涡轮前温度也越来越高,这就给涡轮的冷却技术提出了更高的要求。在现代航空发动机中,从压气机引出的压缩空气一部分用来冷却涡轮叶片和涡轮导向叶片,另外一部分用来冷却和密封涡轮盘,掌握涡轮盘腔冷却系统内气流的运动规律是对航空发动机高温     

航空发动机高温测量技术

<正>航空发动机高温测量,主要是指对热端部件(燃烧室、涡轮)高温燃气与壁面温度的测量。新型航空发动机为追求更高的推重比,必然提高涡轮前燃气温度。在这种高温环境下工作,发动机的结构故障频发。因此,研究热端部件在高温临界应力下的工作。提高冷却效果,使热端部件能在寿命极限温度下连续工作,都迫切需要对高温燃气温度和热端部件的温度分布进行测量。理论上讲,所有与被测对象温度呈单调关系的可定量测量特性参数,都可用于温度测量,因此温度的测量方法和技术非常多。但考虑到测试空间、测试受感部安     

燃气涡轮推进技术的未来发展

为了提高发动机热效率和推进效率 ,涡轮前温度和压气机压比逐年不断增长 ,涵道比不断提高 ,未来航空发动机的循环参数将进一步提高热效率和推进效率。部件技术在增压系统的设计方面 ,民用发动机总增比迅速提高。军用机的风扇压比不断提高。燃烧部件普遍采用短环型 ,但减轻重量已不是发展方向。对民机降低污染提出了更高要求。涡轮部件要求不断提高涡轮前温度 ,改进冷却方法 ,选用新型材料。喷管采用推力换向喷管。控制系统全权限电子数字式控制系统的投入使用给发动机设计带来了新的自由度。结构设计要充分利用材料 ,零件强度分析按其真实工作条件进行。试验技术要把计算和试验很好地结合起来 ,二者相辅相成。先进的发动机应按照系统工程的观点与飞机进行一体化设计并要求各学科综合。     

“热障涂层”主题征稿

选题背景现代航空发动机提高涡轮前进气温度,除了采用单晶高温合金,双层壁冷却技术、气膜冷却等冷却技术之外,还有一个重要技术就是热障涂层。热障涂层可以显著降低涡轮叶片的表面温度,大幅度延长叶片的工作寿命,提高发动机的推力和效率,因此热障涂层与叶片冷却设计技术、单晶高温合金材料技术并列,是先进航空发动机叶片的三大核心技术之一。     

典型涡扇发动机陶瓷基复合材料涡轮叶片概念设计

为了推动先进航空发动机陶瓷基复合材料（CMCs）涡轮叶片设计技术进步,以典型涡扇发动机基准性能参数为原始数据,按照涡轮叶片正向设计流程,从气动设计,到结构设计,再到变形及强度分析,梳理出以材料强度为约束,发动机推力和耗油率为输入值,涡轮叶片叶身模型为结果的概念设计方法。设计了一种陶瓷基复合材料低压涡轮转子叶片,该叶片实心无冷却,设计工况下的气动性能、强度和振动特性仿真结果满足设计要求。安全储备系数可达1.8,涡轮盘外载预估减少50%,验证了陶瓷基复合材料用于先进航空发动机热端部件的可行性。涡轮效率提高0.98%～1.17%表明陶瓷基复合材料具有提升先进航空发动机热端部件性能的潜力。     

氧化铝基陶瓷型芯研究进展

随着航空发动机涡轮前燃气温度的不断提高,现有高温合金材料的承温状况都已接近极限,因此,改善叶片冷却结构、提高叶片冷却效率已成为涡轮叶片设计与制造者当前追求的目标,而其关键技术则在于陶瓷型芯的制造     

叶片表面喷气对叶栅性能影响的试验研究

航空发动机的不断发展,使涡轮前的温度越来越高.尽管材料科研发展迅速,但仍赶不上温度提高的要求,涡轮叶片必须采用气冷,这就对涡轮气动性能带来了影响.本文介绍了用平面叶栅吹风试验方法研究气膜冷却叶栅在各种工况下对叶栅气动性能的影响,获得了许多有价值的结论.     

气膜冷却涡轮数值仿真技术进展

随着航空发动机性能的不断提高,高压涡轮进口燃气温度不断提升,远远超过了金属许用温度。为了安全运行,需要对涡轮进行冷却。由于气膜冷却具有冷却效率高、易于实现等优点,在航空发动机中得到了广泛的应用。但由于用于气膜冷却的空气流量大、且与主流掺混过程复杂,如何准确模拟冷气与主流的掺混是气冷涡轮的设计关键。本文对气膜冷却涡轮仿真采用的冷气喷射源项法和真实气膜孔仿真方法的国内外发展及现状进行了阐述,总结了两种方法的优缺点和工程应用情况,并从工程应用角度对下一步的研究方向提出了建议。     

实验条件下密流比对层板冷却叶片前缘冷却效果影响研究

<正>随着航空发动机涡轮前温度的不断提高,涡轮叶片的工作环境也日趋恶劣,尤其是前缘部分,由于直接受到高温燃气流的冲击,边界层比较薄,热流密度很高,为保证涡轮叶片的正常工作,需要对涡轮叶片进行有效防护。通常采用的方式主要有两种:一是叶片采用耐高温材料,二是对叶片采用有效的冷却方式。耐高温材料的研制周期长成本高,采用先进的冷却方式是目前更加实际可靠的方法。目前航空发动机内实际应用的冷却方式主要有气膜     

基于新型涡轮冷却算法的航空发动机性能计算模型

针对气膜冷却和对流冷却两种常用的冷却方式,建立了新的涡轮冷却计算模型,并实现了与燃气涡轮发动机总体性能计算模型的耦合,得到了可考虑的不同冷却方式、适用于高涡轮前温度、大冷气量的燃气涡轮发动机总体性能计算模型,并与简化涡轮冷却模型的计算数据及试验数据作比较分析,表明新型涡轮冷却算法的可行性和能够提供更详细的涡轮部件气流参数.     

涡轮冷却技术对航空发动机性能的影响

为了分析不同涡轮冷却方式以及冷却技术水平对航空发动机性能的影响,建立了航空发动机性能仿真模型,引入了考虑冷气用量以及冷却附带效率损失的涡轮冷却算法。计算结果表明:在相同的热力循环参数下,对流气膜冷却对应的发动机单位推力、热效率以及耗油率均较为良好,综合表现最佳;就对流气膜冷却而言,若冷气用量以及冷却附带效率损失均减少20%,则发动机耗油率降低0.9%,单位推力提高3%。     

基于典型飞行任务的CCA技术优势分析

基于典型飞行任务,在F-119发动机方案的循环参数基础上,对采用冷却冷却空气（CCA）技术的航空发动机性能开展研究,分析CCA技术对发动机总体性能及涡轮叶片温度的影响规律,评估采用CCA技术的涡扇发动机对其所装配飞机的飞行性能的影响。结果表明：针对仅预冷高压涡轮动叶冷却气方案,当保持冷却空气流量不变时,采用CCA技术可将涡轮冷气温度降低16.98%~41.21%,使得高压涡轮动叶表面最高温度降低8.89%~16.80%;当保持叶片表面最高温度不变时,采用CCA技术可减少高压涡轮动叶48.61%的冷却用气,且发动机的推力和耗油率等总体性能基本不变;针对同时预冷高压涡轮导叶和动叶冷却气方案,通过调整循环参数,在保持冷却空气流量和叶片温度不变的前提下,可使涡轮前最高温度提高6.91%,从而提高典型飞行状态下的航发推进性能,进而有效提升所配装飞机的起飞载质量、最大爬升率、最大马赫数、使用升限及航程等飞行性能。     

基于融合算法的航空发动机涡轮前温度最优控制

涡轮前温度是航空发动机的关键控制参数之一,在保持发动机推力不变的前提下,降低涡轮前温度可以有效提高发动机使用寿命,涡轮前温度最优控制是降低涡轮前温度的有效技术途径.本文研究了航空发动机涡轮进口温度的在线优化问题,并根据该优化问题的特点,提出了一种基于小生境遗传算法(NGA)与非线性规划(NLPQL)相结合的混合优化算法...     

基于定部件效率的航空发动机通用性能仿真系统构建

根据飞机设计阶段对航空发动机性能仿真简便、快速和有效的要求,在基于定部件效率的航空发动机性能仿真方法基础上,对航空发动机部件进行通用性建模,并采用面向对象技术构建通用航空发动机性能仿真系统。采用定部件效率模型对航空发动机性能进行仿真,降低了航空发动机性能仿真过程的专业性要求;同时,采用面向对象技术建立通用的航空发动机性能仿真系统,提高了仿真代码的重用性及仿真系统的适用性。利用该仿真系统建立双转子混排涡扇发动机和自由涡轮式单转子涡轮螺旋桨发动机仿真对象模型,并对某型双转子混排涡扇发动机稳态特性进行仿真,验证了仿真系统的有效性。     

高温结构陶瓷和复合材料及其在航空发动机上的应用

结构陶瓷具有耐高温、低密度、良好的高温抗氧化性、抗腐蚀性和耐磨性。与高温合金相比,结构陶瓷的使用温度提高了约400℃,在非冷却情况下工作温度可达1600℃;密度仅为高温合金的40％,相同体积的零部件可减轻重量约60％,特别对高速转子可大大减轻离心负荷;使用陶瓷还可因减少或取消冷却系统而简化结构,使发动机紧凑;节省高温台金中镍、铬和钻等战略金属。为提高航空发动机的推重比和降低燃料消耗,提高发动机的涡轮前温度是关键,如推重比10一级发动机涡轮前温度为1500℃以上,而目前高温台金和金属间化物最高使用温度不到1200℃,…     

涡轴发动机性能退化数学建模研究

分析了航空发动机各部件性能退化原理;分别建立了压气机、燃烧室、涡轮性能退化的部件模型;根据航空自由涡轮式涡轴发动机的工作和使用特点,建立了性能退化的涡轴发动机数学模型;利用该模型,仿真研究了不同部件性能退化对涡轴发动机性能参数的影响。结果表明,建立的模型正确反映了部件退化对涡轴发动机的影响。     

关于发动机高压涡轮叶片修理

<正>在航空发动机中,高压涡轮叶片无疑是最复杂的单部件之一。从设计上看,高压涡轮叶片的叶形是按照气动效率设计的,而且内部有复杂的多子孔层板冷却通道,但为了防止其腐蚀和超高温变形,最终仍需在设计好的叶形上覆盖多层涂层。尽管在设计和制造过程中考虑了各种保护,但叶片的尖部仍会经常与叶冠或罩环相摩擦,致使叶片尖部磨损、腐蚀或出现细小裂纹。即使是热障涂层,也会遭受热循环、极端温度和腐蚀,甚至可能会出现     

iSIGHT优化方法在涡轮叶片冷却设计中的应用

针对现有航空发动机涡轮叶片内冷结构的快速改进,在对叶片冷却设计方法集成的基础上,建立了一类冷却叶片的优化模型,并成功将该优化模型应用在航空发动机涡轮叶片设计中。结果表明,在相同冷却空气用量下,叶片表面最高温度降低了72.4℃,叶片温差减小了110.4℃,优化效果明显。同时,将近似技术成功应用到叶片优化设计中,提高了任务分析效率,为现有发动机涡轮叶片快速改进提供了一种有效手段。     

涡轮轴断裂条件下的涡扇发动机性能建模

为了研究双轴混合排气涡扇发动机高压轴断裂失效后的动态性能,建立了轴断裂条件下涡扇发动机过渡态的共同工作方程,以及各部件考虑容积效应和气体惯性力的模型部件。在此基础上,分析了地面起飞状态和巡航状态下涡扇发动机高压轴断裂后发动机气路参数的瞬态响应规律和机理。研究表明:涡扇发动机高压轴断裂会在不超过05s的时间内导致压气机喘振、涡轮前温度超温、涡轮转速超转等继发性危害事件。在不同飞行状态下出现的轴断裂,上述事件发生的先后次序各不相同。尤其在地面起飞状态下,涡轮超转事件极可能先于压气机喘振现象而发生,012s内涡轮即可达到其破裂转速。这些都需要在航空发动机被动安全设计中给予足够的重视。      

涡轮冷却叶片热-固耦合分析与优化设计

根据涡轮冷却叶片热-固耦合分析和基于遗传算法-有限元的涡轮叶片优化设计方法,发展了涡轮冷却叶片热-固一体化优化设计方法.以某航空发动机涡轮转子叶片为原型,分析了冷却孔的位置、形状(圆形和四边形)、大小和数量对热应力与冷却效果的影响.结果表明,该方法能有效地降低涡轮叶片的应力、改善其冷却效果;四边形孔具有更好的冷却效果和更低的最大应力;随着冷却孔大小和数量的增加,最高温度下降,而最大应力上升.