小型航空发动机特点及换热问题综述

首先介绍了小型航空发动机尺寸小、结构紧凑、转子转速高、长度短、工作环境恶劣等特点，然后基于这些特点提出了小型航空发动机在换热领域中进气系统防冰、离心压气机换热、燃烧室换热、涡轮盘换热、涡轮叶片外表面换热和涡轮叶片内换热等独特问题，最后分析了中国小型航空发动机换热领域的现有技术水平和下一步发展方向。     

新型微型涡扇方案及其复合压缩转子初步设计

在分析国内外已有微型涡扇发动机方案可行性及利弊的基础上,提出一种紧凑型复合压缩系统微型涡扇发动机方案,可在保证结构简化与紧凑的前提下有效降低发动机耗油率。该方案风扇转子与斜流压气机转子构成串列叶片结构,通过对串列叶片独立作用机制和耦合作用机制的研究,认为合理设计串列叶片转子(全串列或半串列形式)能显著提高内涵压缩性能。通过对该方案的总体性能建模及参数分析,给出了一个设计实例的设计参数及性能参数,该实例中,耗油率比相同性能水平微型涡喷发动机约降低24.4%。对复合压缩系统转子进行了初步设计并进行流场数值模拟,得出转子系统内涵在设计流量下压比5.2,效率91%,外涵在设计流量下压比1.6,效率84%。结合对内外涵流场的分析,表明内外涵均可在较高效率下完成增压作用。     

航空发动机离心压气机叶片转静干涉强迫振动响应分析

针对航空发动机离心压气机叶片存在的高阶共振高周疲劳掉块问题,采用强迫振动响应分析方法,对转静干涉流致激励情况下离心叶轮潜在的高阶共振进行振动应力预估。离心压气机流场使用全周三维非定常流场求解,随后将关注频率下的非定常气动力引入转子叶片有限元分析中,对离心叶轮开展稳态响应分析,得到了叶片振动响应位移及振动应力分布结果。仿真结果与试验测得的最大振动应力以及叶片发生高阶共振损坏位置比较一致,提出的方法可为航空发动机离心压气机叶片转静干涉强迫振动响应分析提供参考。     

基于ANSYS的飞机发动机压气机叶片模态分析

飞机发动机压气机叶片因振动而导致的疲劳裂纹故障是航空发动机主要故障之一。为了排除叶片的疲劳断裂故障,本文对压气机叶片进行模态分析,获得其模态参数,进而研究发动机的振动特性并对叶片的振动特性进行控制。这可以为飞机发动机压气机叶片的性能评估、结构裂纹检测、疲劳寿命、强度计算、故障诊断等提供依据。     

探针支杆尾迹对压气机转子叶片振动特性的影响研究

针对某轴流压气机试验中出现的第一级转子叶片振动应变信号突增现象,开展了不同构型探针支杆尺寸对压气机转子叶片振动特性影响的对比试验。通过对比不同构型探针支杆尺寸、不同安装布局下转子叶片振动信号的变化,证实了进口探针支杆尺寸是诱发转子叶片异常振动的主要原因。同时采用流固耦合数值模拟方法,分析了探针支杆尾迹诱发转子叶片共振的流动机理。研究结果表明:支杆直径为10 mm的圆柱形探针诱发转子叶片发生整转速阶次激振的一阶共振,当探针支杆尺寸减小后,转子叶片振动响应水平显著降低。探针支杆诱发压气机转子叶片共振的扰动频率来源于支杆尾迹诱导频率与支杆通过频率的共同作用,支杆尾迹脱落涡会引起转子叶片进气攻角产生大幅值脉动。     

鸟撞受损叶片压气机气动性能仿真

基于研究鸟撞现象对压气机气动性能影响的目的，进行单级压气机的气动设计，分析了主要设计参数，并以此为基础，以原型转子叶片为模型进行鸟撞模拟，建立鸟撞损伤叶片模型。在周向上改变损伤叶片的数量生成不同的计算模型，进行全环的数值模拟，考察不同受损叶片数目对压气机气动性能的影响，分析流场细节，总结受损转子气动特性的变化规律。计算结果表明：受损叶片数量分别为1、2、3的压气机转子在设计转速下，气动性能和稳定性都有明显的下降，主要表现为最大效率工况的效率分别减小了1.37%、2.55%、3.57%，压比分别减小了0.19%、0.29%、0.40%，稳定工作的流量范围减小，稳定裕度分别相对减小了14.33%、25.69%、31.97%。     

CFM56-7B某级压气机叶片孔探检测数据分析平台

波音737NG系列飞机装载新型的CFM56-7B航空发动机作为其动力来源,逐步取代老一代的波音737-300、400、500型飞机。本文以CFM56-7B某级压气机叶片孔探(内窥镜)检测为例,建立叶片孔探检测数据分析平台,帮助孔探检测人员现场判断检测叶片是否能继续使用,缩短航空发动机检测时间,提高工作效率。     

压气机叶片外物损伤模拟的撞击能量当量法

在分析外物与叶片间的运动态势后，提出压气机叶片外物员伤模拟的撞击能当量法，即使得摆锤的势能与外物摘击叶片时可能达到的功能相等。据此，设计并制作了摆锤装置，并实验观察到钛制压气机叶片损伤形态与撞击能量间的变化关系，即随着撞击能量的增加，损伤形态产生的顺序为，压痕→突缘→裂纹→突缘呈４５°剪切破坏，这与外场收集到的叶片的前缘损伤形态一致，同时，采用了ＴＣ４压气机叶片进行了相应的高周疲劳试验，验证了方法     

波转子对小型燃气涡轮发动机性能的影响

波转子是一种自冷却动压交换设备,具有提高各种发动机和机械的性能与运行特性的特有优势。本文建立基于波转子技术的小型燃气涡轮发动机热力循环分析模型。研究了压气机、涡轮压比、燃烧工作条件变化等5种热力循环方案情况下波转子技术对小型燃气涡轮发动机性能的影响。探讨波转子嵌入燃气涡轮发动机后导致燃烧室工作环境的变化规律。在相同压气机压比、相同涡轮进口温度热力循环方案情况下,波转子技术提高燃气涡轮发动机性能最高,获得了基于波转子技术小型燃气涡轮发动机最佳性能优化区和燃烧室工作环境变化规律。     

CFM56-7B发动机叶片振动模态分析

以CFM56-7B发动机高压压气机第一级转子叶片为研究对象,讨论其模态分析理论,采用Pro/E建立实体模型,利用有限元软件ANSYS进行模态分析。通过数字模拟结果,分析其振动特性,讨论其在各工作点振动响应,从而为提高叶片动态特性,优化叶片检查和维修技术提供依据。