航空发动机氨燃料分析及流量需求计算

为了减少航空发动机由于燃烧含碳燃料产生的碳排放，针对含氨燃料作为航空发动机替代燃料的可行性问题，基于 CFM Leap 1-A发动机的性能参数，运用能量守恒转换关系及氨的化学催化分解反应，对含氨航空燃料的成分配比及航空发动机 氨燃料供应系统和流量需求进行计算。结果表明：氨氢混合物比纯氨具有更好的燃烧性能，可使燃料层流火焰速度达到一些传统碳氢 燃料的水平；氨气可以被分解出氢气并完成氨氢混合，成为一种航空发动机新型替代燃料；确定了新燃料中最优的氨氢比为3∶2； 提出了此种新燃料在航空发动机中的应用方式，并依照航空发动机的性能需求确定了使用新燃料情况下的燃料流量；氨分解所需 热量可由少部分氢气的燃烧来提供。在正确配比燃料中氨氢组分、正确分配燃料流量、并设计氨催化分解系统的前提下，能使得 发动机保持与使用传统碳氢燃料类似的燃烧性能和功率水平，并减少碳排放。     

复杂产品制造企业PLM构建方法研究

针对航空发动机产品全生命周期信息管理的复杂性和需求迫切性,研究了在多信息系统环境下航空发动机复杂产品制造企业PLM构建和实现可行性,阐述了以BOM为核心的航空发动机全生命周期制造数据管理信息模型、数据规范化、基于分布式系统产品信息追溯与采集层次管理模型等关键方法内容,并基于Teamcenter PLM软件对企业PLM平台的构建做进行了初步尝试。     

大数据技术在航空发动机研发领域的应用探索

针对航空发动机研发领域内不同专业之间数据彼此孤立,相同专业的数据名称、符号、量纲不统一,无法应用大数据技术进行深层次分析的问题,通过对发动机数据进行系统有效的管理,建立了航空发动机大数据平台方案,从而挖掘数据间隐藏的规律,解决发动机复杂问题。通过系统梳理全寿命周期内发动机不同阶段、不同专业数据的现状及管理的不足,开展了航空发动机大数据平台建立的需求分析,并利用工程经验开展了数据种类分析,首次定义了航空发动机元数据的概念及组成,创新性地提出了一种多维度、多专业数据关联的命名方法,为后续科研院所及发动机承制厂商建立航空发动机大数据平台提供了数据间关联的支撑,摸索出大数据技术应用的途径,从航空发动机设计的专业角度提出了大数据平台实施方向,具有较好的工程应用价值。     

基于PCA-BP的航空发动机大修周期预测方法

航空发动机大修具有影响因素多、因素之间耦合关系复杂等特点,针对数据驱动的航空发动机大修周期预测,提出基于主成分分析和反向传播神经网络(PCA-BP)的航空发动机大修周期预测方法。在分析影响航空发动机大修周期主要因素的基础上,采用PCA方法得到影响航空发动机大修周期的主成分因素,并将其作为BP神经网络的输入。基于某型航空...     

航空发动机燃油附件维修数字化管理方案实现

为满足航空发动机燃油附件维修全生命周期数字化管理的需求,研究将零组件故检工艺卡片解析为结构化数据模型的方法,将结构化数据模型应用于数字化管理系统,采集翻修过程中燃油附件零组件修前、修后外观形貌变化及配合尺寸变化数据,形成维修对象数据库,实现航空发动机燃油附件维修全生命周期数据积累和维修全过程数字化管理.     

面向航空发动机的质量数据及管理体系结构的分析研究

航空发动机质量的好坏直接影响飞机飞行的可靠性,本文研究了航空发动机全寿命周期过程中产生的各种质量数据;为了有效集成和共享数据信息,以发动机的组成要素为依据,对数据信息进行分类分析,并将质量信息分为产品类、组件类、零件类;最后建立了质量数据信息系统体系结构,实现了航空发动机质量数据从采集、分类、传递到共享达到集成化的管理。     

航空发动机需求管理方法研究

为在全生命周期内保证"用户和其他利益攸关者"的需求被充分理解和执行,提出以产品分解结构PBS为基础,构建航空发动机需求管理的瀑布型模型。将复杂的航空发动机需求管理工作模块化,制定以产品符合性为目标的需求管理流程,并以该流程为依托提出航空发动机的需求管理方法。该方法提升了全生命周期内的需求管理能力,为航空发动机产品的成功研制提供了有力保障。     

基于发动机与飞机的藻基航空燃料全生命周期分析

讨论了基于发动机类别及其飞机的藻基航空替代燃料与常规航空燃料对全生命周期的影响。基于GREET（the greenhouse gases,regulated emissions,and energy use in transportation）模型,依据平均载荷、最大航程,将民航客机分为单通道窄体、双通道中型、双通道大型、巨型、支线和公务机等6类。起飞、爬升、进近、滑行、巡航过程的燃料消耗及排放采用国际民用航空组织、美国NASA-AAFEX实验、欧洲EASA适航条例提供的数据。计算了6类发动机-飞机的气体排放、能量消耗情况。在双通道大型客机中藻基航空替代燃料制备过程的温室气体排放仅为0.2351g/(kg·km),原因为该类客机与小型飞机相比有更好的发动机效率和运输效率。然而由于起飞降落过程排放比例较大,单通道窄体客机在航程上对温室气体排放变化更为敏感。      

考虑性能退化的航空发动机故障诊断量化评估

航空发动机全生命周期内的故障诊断一直是研究的热点,为保障航空发动机在性能退化条件下故障诊断算法的可靠性,对考虑性能退化的航空发动机进行故障可诊断性量化评估有着重要的意义。本文从状态量的可测量性以及最优观测器设计两个方面对退化状态下航空发动机的滑动窗口模型进行解耦处理。从故障可检测及可隔离两个方面对故障的可诊断性进行量化评估,以巴氏距离为量化标准,将量化评估问题转换为多元分布概率距离求解问题。同时,从故障空间的角度对故障可隔离性进行定义,剥离了参考故障模式的影响,将可隔离性转化为故障空间中故障模式的固有属性,并给出航空发动机故障可检测及可隔离的判据。仿真实验证明,本文所提出的方法可以在发动机性能退化条件下对控制系统传感器、执行机构故障以及发动机气路部件故障进行可诊断性量化评估。     

航空发动机装机技术状态模型研究

通过对航空发动机全生命周期业务模型分析,提炼了航空发动机装机技术状态业务模型,并建立了航空发动机装机技术状态管理模型,将错综复杂的装机技术状态数据项建立了关联关系。     

航空发动机封严技术的进展

封严技术一直是高性能航空发动机研发工作的重要组成部分,先进封严技术是满足发动机耗油率、推重比、污染物排放、耐久性及寿命期成本目标的关键技术。通过减少发动机内部气流的泄漏量,可大大提高发动机的性能和效率。本文针对航空发动机典型封严技术,详细介绍了石墨封严、篦齿封严、刷式封严的结构特点及其技术改进和发展趋势。重点阐述了德国...     

基于非线性Wiener过程航空发动机性能退化预测

针对线性随机过程航空发动机剩余使用寿命预测精度不高的问题,提出一种漂移系数为指数形式的非线性Wiener过程发动机性能退化建模,进而预测航空发动机的剩余寿命。基于直接监测发动机性能退化数据,构建发动机性能退化模型,根据Wiener过程首达阈值时间的数学性质,推导出剩余寿命的概率分布。通过极大似然估计构建退化模型中未知参数的似然函数,利用遗传算法得到发动机总体模型参数的离线估计值。考虑到不同发动机个体间的差异性,采用贝叶斯公式,结合发动机的实时监测数据与总体模型参数的先验分布对模型中随机参数进行实时更新,从而对个体发动机的剩余寿命实时预测。最后,选择商用航空发动机仿真数据集(C-MAPSS)进行实验,结果表明：针对个体发动机基于非线性随机过程方法,实时更新非线性Wiener方法能够提高航空发动机循环中期剩余寿命预测的准确性,提供更加可靠的预防性维修决策。     

面向航空发动机减重的铝合金管强化机理研究

为助推新一代大型航空发动机推重比的有效提升,开展面向航空发动机减重需求的高强度铝合金管件自增强机理研究。采用有效强化的高强度铝合金管件大规模替换航空发动机低温段不锈钢高压管件,是实现航空发动机减重的可行方法。通过研究高强度铝合金管件自增强工艺的强化机理,建立基于三剪统一强度准则,同时考虑包辛格效应、应变时效以及应变硬化的高压自增强工艺参数数学模型,并结合双线性随动强化模型,分析管路构件在强化过程中的弹塑性行为与残余应力分布演化规律,研究确定强化工艺参数。基于ANSYS,在额定工况下对强化后的铝合金管件和不锈钢管件的疲劳强度进行仿真分析,最后采用脉冲疲劳试验进行验证,证明自增强铝合金管件替换现役不锈钢管件具有较好的可行性。     

航空发动机自动平衡技术发展综述

针对航空发动机在运行过程中不平衡振动过大的问题，采用自动平衡技术进行在线质量补偿，可有效降低其振动水平。目前自动平衡技术主要运用于航空发动机结构、控制算法、工程应用3个方面。基于影响系数法的电磁驱动型自动平衡在美国空军C-130H运输机上得到工程应用，飞行测试4个发动机螺旋处的振动均低于1.27mm/s，降低了94%，因螺旋桨振动导致的压气机处振动降低了75%。研究结果表明:航空发动机自动平衡技术可实现在线持续动平衡，能有效降低发动机及其组件的振动疲劳损伤，降低发动机维护费用，延长维修周期。自动平衡技术在航空发动机领域得到工程应用是一个循序渐进的过程，还需要进一步开展结构设计、控制策略、系统集成等方面的研究工作，并在航空发动机设计阶段就考虑纳入自动平衡结构。      

基于非线性Wiener过程的航空发动机性能衰减建模与剩余寿命预测

针对航空发动机在性能衰减过程中普遍存在的非线性和三源不确定性问题,提出了一种基于非线性Wiener过程的航空发动机性能衰减建模与剩余寿命（RUL）预测方法。首先,为解决目前大多数剩余寿命预测方法中潜在假设的局限性,即当前时刻估计的漂移系数与上一时刻漂移系数的后验估计完全相等,在状态空间模型的框架下建立了一类新的同时考虑非线性和三源不确定性的性能衰减模型,并在首达时间下推导出剩余寿命的分布。然后,针对新研发航空发动机缺乏历史数据和先验信息的问题,提出了一种基于Kalman滤波和条件期望最大化（ECM）算法的参数估计方法,使得估计的模型参数不依赖于历史数据量。同时能够在获得一个新的性能衰减数据后,实现对模型参数的自适应估计和在线更新,进而实时地更新航空发动机的剩余寿命分布。实验结果表明,本文方法可以有效地提高剩余寿命预测的准确性,能为航空发动机的维修决策提供可靠的依据。     

基于MDO策略的民用航空发动机概念设计研究

以某型民用涡扇航空发动机概念设计为例，集成了总体方案（包括热力循环分析、质量评估、噪声评估、氮氧化物排放评估）、风扇（包括气动设计、强度分析）、低压涡轮（包括气动设计、强度分析）3个子系统，以设计点耗油率、整机质量、飞越状态总声功率级、进近状态总声功率级和燃烧室氮氧化物排放量为优化目标，进行了基于多目标的整机多学科设计优化（MDO）的研究。对比研究了单学科可行(IDF)、协作优化(CO)和不对称子空间优化 (ASO)3种典型的优化策略及其在整机MDO中的应用，探讨了整机 MDO的建模方法、子系统间数据传递及解耦方式。结果表明:3种策略优化效率相当，优化时间最大相差742s；CO策略与ASO策略在整机MDO应用中优化效果较好，综合评价指标分别降低了0.82%和0.86%。      

航空发动机限寿件批准寿命适航验证方法

以传统的安全寿命法为基础,研究了航空发动机限寿件批准寿命适航验证流程和审定要素.以限寿件适航要求和咨询通告符合性方法为指导,借鉴航空发动机通用规范对关键件的定寿管理方法,从计算分析验证和试验验证给出限寿件批准寿命适航符合性验证的流程和方法.以典型的民用航空发动机为例研究了限寿件的判定准则.从限寿件结构危险点的判定方法、载荷谱的处理和应力分析给出了限寿件批准寿命计算分析验证的关键技术;从试验条件、试验温度方案、试验应力系数和散度系数的获取给出了限寿件批准寿命试验验证的关键技术.为航空发动机限寿件批准寿命适航审定提供指导方法,也为中国民用航空局编制航空发动机限寿件适航咨询通告提供参考依据.      

各向异性单晶叶片强度寿命研究—第I部分:晶体滑移本构模型及应用

单晶叶片技术是提高航空发动机及地面燃气轮机性能、寿命及可靠性的关键技术之一，但单晶材料机械、力学性能的各向异性特性制约了其发展和应用，对其工程应用及应用的理论基础提出了挑战。课题组开展了各向异性单晶叶片强度分析和寿命预测方面的一些研究工作。包括：建立并验证了弹塑性、蠕变滑移本构模型及蠕变持久寿命预测方法；进行了不同晶体取向DD3单晶在不同温度、不同速率或不同温度、不同应力水平下的拉伸试验及蠕变试验，这些实验数据及由其反映的单晶中、高温各向异性特性对单晶材料的应用具有重要意义。此外还进行了某种单晶叶片的实验研究。作为上述研究的应用，对某发动机单晶涡轮叶片进行了强度分析和寿命预测。本文这一部分介绍本构模型及应用，实验研究将在第II部分介绍。     

Efficient and environmentally friendly aero-engine (EEFAE) targeted research action

Environmental issues, such as noise and exhaust gas emissions, will have a major impact upon the design and development of future-generation aircraft propulsion systems. The key objective of the European aero-engine industry is to strengthen competitiveness whilst ensuring that sustainable market growth is achieved with due consideration to environmental and safety issues. For this aim to be achieved, future aircraft gas turbine engines must provide increasing cycle performance at reduced weight (i.e. increased thrust-to-weight ratio) in order to minimise fuel consumption and consequently reduce emissions of greenhouse gasses. It is therefore vitally important that the European aero-engine industry is able to optimise its research and technology resources through an integrated approach.