民用航空发动机高空模拟试验排气扩压器特性分析

基于射流理论分析了民用航空发动机高空模拟试验时的排气流场,应用喷射器模型建立了针对民用航空发动机排气扩压器气动性能的计算方法,并完成了民用航空发动机试验的排气扩压器性能计算。分析了排气扩压器出口的增压比、马赫数、总温、体积流量,与排气扩压器内径和二股流流量之间的关系。基于计算分析结果,建议民用航空发动机高空模拟试车台排气采用直接喷水冷却方式,高空模拟试验时尽可能控制二股流流量。     

分开排气大涵道比涡扇发动机高空模拟试验排气布局评估

为评估分开排气大涵道比涡扇发动机高空模拟试验的排气特性,采用数值仿真方法,对分开排气发动机高空模拟试验时配备的排气扩压器的结构进行分析。主要从发动机尾锥与排气扩压器入口距离、排气扩压器结构尺寸、舱内压力模拟偏差及次流四方面影响进行排气特性计算,并以发动机设计推力进行检验。结果表明:该发动机进行高空模拟试验时,排气扩压器直径应不小于3.5 m,排气扩压器直段长度不小于9.0 m,发动机尾锥与排气扩压器入口距离以0.85倍扩压器直段直径为宜;发动机飞行包线的巡航点和左边界点的推力偏差,均随模拟舱压偏差绝对值的增大而增大,但巡航点推力变化斜率较大。     

高空台排气扩压器的计算

介绍了高空模拟试车台（以下简称高空台）排气扩压器的功用,设计原则和计算方法,给出了排气扩压直段直径和加力状态及非加力状态下排气扩压器效率的计算公式。对排气扩压器的一些主要技术参数的选取如膨胀比,扩压器的效率,扩压器直段长度及锥段尺寸,扩压器进口到尾喷口的距离等,给出了具体的数值并作了必要的说明。     

二元亚燃冲压发动机高空模拟扩压器气动设计

根据某型二元亚燃冲压发动机连管试验对高空舱内环境压力的要求,考虑高空台现有的抽气能力,充分利用冲压发动机排出燃气的能量,以提高模拟高度、节约能源、扩大高空台工作范围为目的,使用商业数值计算软件设计了一种高空模拟扩压器,并确定了最优的扩压器结构形式、结构参数和引射间距。     

涡轮喷气发动机在高空台上的排气反压模拟试验技术

介绍涡轮喷气发动机在高空模拟试车台上的排气反压模拟试验技术，并详述了提高涡喷发动机高空模拟高度的若干措施。利用这些试验技术，已成功地进行了数百次涡喷发动机高空模拟试验。     

高空台排气系统及排气压力调节

从航空发动机高空模拟试验台模拟压力要求出发 ,介绍高空台排气系统的作用、组成和排气系统的流通 ,对抽气机和排气扩压器的特性作了概述 ,对高空舱后压力PD 调节系统、Ⅰ级抽气总管压力P M 调节系统作了说明 ,叙述发动机稳态试验、加力过渡态试验、加减速过渡态试验时高空舱后舱压力PD 和Ⅰ级抽气总管压力P M 控制方法 ,指出发动机在稳态试验和过渡态试验时高空舱后舱压力PD 的影响因素和排气系统自动调节阀 (999)在管网中的安装位置。     

我国建成涡轴涡桨发动机高空模拟试车台

日前，中国燃气涡轮研究院SB121高空台与某新型涡轴发动机的联合调试，完成了最后一个科目“空中起动和再起动”试验。这标志着我国建成了涡轴、涡桨发动机高空模拟试车台。     

高空模拟试车台简介（二）

为了满足发动机宽广飞行参数范围的模拟需要,高空台配置了一套由气源系统、空气处理系统、混合器、进排气调压系统、高空试验舱、排气系统和测试控制系统等构成的庞大试验设备。气源系统气源系统用米给试验发动机提供一定压力利流量的爪缩空气,并从试验舱抽走发动机排出的燃气,在试验舱内建立一定飞行高度的环境条件。     

即将建成投产的SB101高空试车台

高空模拟试车台作为航空发动机研制的关键设备已越来越被人们所重视。本文就我国第一座连续气源航空发动机高空模拟试车台的试验项目，试验范围，主要设备及其性能，高空试验模拟方法等作了较详细的介绍。并根据调试结果，给出了气源机组作单级，二级，三级串联抽气的特征。     

小高空台高空模拟试验调试

根据航空涡桨和涡轴发动机通用规范的要求，涡轴发动机在研制过程中必须进行高空模拟试验。为此，中国燃气涡轮研究院自行设计和建成了国内首座涡轴发动机高空模拟试车台（简称小高空台）。在小高空台设备性能调试结束之后，又成功地完成了涡轴发动机高空模拟调试。涡轴发动机高空模拟试验调试不仅是对涡轴发动机高空模拟试验方法的探索，而且也是水力测功器在低温负压下的验收调试。小高空台的建成将为我国自行研制涡轴发动机提供一个必需的高空模拟试验平台。     

排气扩压器对高空舱压的影响与控制方法

为研究排气扩压器流动特性对高空舱后舱压力控制的影响,采用ANSYS191对排气扩压器进行数学建模和流场数值模拟分析,揭示其内部实际流动的物理过程;在次流质量流量为20 kg/s时,数值模拟不同排气扩压器背压和主流流量时后舱压力的变化规律,并通过样条插值得到排气扩压器背压、主流流量和后舱压力三者关系模型;建立高空舱后舱压力控制系统仿真模型,分析在不同调节模式和不同控制方法下排气扩压器流动特性对压力调节的影响。结果表明:发动机喷嘴出口处速度最大,混合后速度迅速下降,下降了约88%,而压力沿着排气扩压器轴向逐渐增大,最后趋于边界值。在发动机过渡态试验中,排气扩压器流动特性对后舱压力控制系统扰动很大,线性PID(proportion integration differentiation)控制难以保证后舱压力高精度、强抗扰的调节品质要求,而非线性PID控制不仅能减小排气扩压器流动特性对压力调节的影响,抑制发动机流量扰动,而且能保证瞬态响应快,超调量小,调节精度高。      

支撑板结构对燃气轮机排气扩压器气动性能影响的数值研究

支撑板结构直接影响燃气轮机排气扩压器的气动性能。采用求解三维RANS（Reynolds-Averaged Navier-Stokes）的方法，在考虑燃气涡轮末级叶片导致的气流预旋的条件下，探究了支撑板的数目、轴向位置、倾斜角度这三个几何参数对排气扩压器气动性能的影响，并基于正交试验原理，探究了不同几何参数对排气扩压器气动性能影响程度的差异。结果表明：支撑板数目的减少和轴向位置更靠近出口可以有效提升排气扩压器在不同进气预旋下的静压恢复系数，支撑板的倾斜设计在进气预旋小于0.48时，能有效提升排气扩压器的静压恢复系数，但在进气预旋大于0.48后，则会带来不利影响。基于正交试验原理的数值计算则表明，在进气预旋为0.12时，支撑板数目、轴向位置、倾斜角度三个因素变动对排气扩压器静压恢复系数的影响相近，进气预旋为0.35时，三者对静压恢复系数影响的贡献率分别为40.2%，30.9%，7.3%。进气预旋为0.89时，三者的贡献率分别为32.3%，22.2%，19.8%。     

涡扇发动机加力燃烧室扩压器流场的数值计算

 本文用数值计算的方法得到了某型涡扇发动机加力燃烧室扩压器内的流场,与台架状态测得的实验数据基本吻合。研究了不同进口气流参数分布对扩压器流场的影响,计算了台架不同转速状态,不同飞行工况下扩压器内的流场。     

不同模型堵塞比的超声速风洞二次喉道优化

为了延长采用真空球排气系统的超声速风洞的工作时间,拟采用二次喉道提高真空球临界工作压强。本文针对Ma=4和Ma=7超声速风洞,采用计算流体软件系统地研究了不同发动机堵塞比对二次喉道起动能力的影响以及不同尺度的二次喉道对真空球临界工作压强的影响。研究结果表明,随着发动机堵塞比的增大,二次喉道的临界起动直径相应增大,呈非线性变化,同时,真空球的临界工作压强下降。因此,二次喉道直径应针对不同的模拟状态和发动机堵塞比范围综合优化选取。     

涡扇发动机高空台惯性起动的试验

某型大流量涡扇发动机在高空台完成了飞行高度为5,8,10km的惯性起动.高空台试验结果表明:惯性起动过程中模拟的进气和排气压力存在着较明显的波动,偏离真实工况;利用不同的计算方法分析惯性起动数据,得到的飞行表速相差25~70km/h.以试验分析结果为基础,推荐了一种高空台惯性起动试验性能的评估方法,即成功起动以推杆时刻为起点3s内的平均值作为试验模拟飞行状态,起动失败以转速反转为起点到转速再次下降之间的平均值作为试验模拟飞行状态.      

火箭发动机－超音速扩压器－蒸汽引射泵组合式高空模拟试验系统的性能研究

通过对火箭发动机－超音速扩压器－蒸汽引射泵组合式高模拟系统的理论分析和实验研究，提出了扩大ＧＳ－１高空模拟试车台试验能力的几项新方案。     

火箭发动机－超音速扩压器－蒸汽引射泵组合式高空模拟试验系统的性能研究

通过对火箭发动机－超音速扩压器－蒸汽引射泵组合式高空模拟系统的理论分析和实验研究，提出了扩大ＧＳ－１高空模拟试车台试验能力的几项新方案。     

二冲程汽油机高空增压功率恢复计算研究

通过地面试验与高空仿真模拟相结合的方式对二冲程汽油机高空增压功率恢复性能进行了研究.建立了二冲程增压汽油机的仿真计算模型,分析了二冲程汽油机排气系统的特性.针对性的设计了排气管系,合理调整排气管的长度以及收缩膨胀比,促进了汽油机的扫气过程,弥补了加装增压器带来的排气背压增大缺点.研究了增压后的汽油机在不同海拔处的功率和油耗特性,其输出功率与燃油经济性比原机都有所改善,能够适应高空的工作条件.      

支撑板型线和径向倾斜设计对燃气轮机排气扩压器气动性能的影响

支撑板结构设计直接影响燃气轮机排气扩压器的流场结构和气动性能。本文在验证数值方法可靠的基础上,采用求解三维Reynolds-Averaged Navier-Stokes(RANS)和 湍流模型的方法对带进气导叶和支撑板的排气扩压器模型进行了研究,探究在四种进气预旋下,支撑板截面型线以及本文提出的支撑板径向倾斜设计方案对排气扩压器气动性能的影响。结果表明：进气预旋和支撑板设计方式相同时,截面型线更薄的支撑板更易导致流体在支撑板附近的分离及更大范围的尾迹流,从而增大总压损失;支撑板截面形状相同时,与径向垂直设计相比,支撑板采用径向倾斜设计使得排气扩压器通道面积变化更加平缓,从而使得在四种进气预旋下,排气扩压器的总压损失系数下降7%-20%。当支撑板截面型线宽长比为0.2时,相对于径向垂直设计,支撑板采用径向倾斜设计方式的排气扩压器静压恢复系数在进气预旋 和 时分别提升了4.7%和3.8%;但在支撑板截面型线宽长比为0.12和0.175时,支撑板采用径向倾斜设计方式会降低排气扩压器在进气预旋 和 时的静压恢复性能。