轴流压气机过失速行为的数值模拟

基于轴流压气机级特性，建立了带燃烧室的多级轴流压气机过失速的一维逐级分析模型，发展了分析轴流压气机过失速响应的动态滞后方法，确定了压气机过失速响应的纺一时间常数。并将该模拟技术应用到某压气机中，通过调节敛喷嘴面积和燃烧室燃油流量等措施来诱导压气机失速。压气机旋转失速后，压气机流量下降，增压能力降低，燃烧室温度升高，可以通过调节燃油流量等措施来使压缩系统恢复正常工作。     

轴流压气机非定常流及端壁边界层测量中的热线技术

本文总结了测量轴流压气机失速喘振工况及端壁边界层流场时所采用的方法,并提供若干典型结果。大量试验表明这些方法行之有效。用三支同型探针,沿周向不等间隔分布,失速喘振时,用频谱分析确定频率成分,用互相关分析确定两两信号的时差,即可判明是失速或喘振,并决定团数、团的传播速度及团的形状。用单丝旋转法测量端壁边界层以保证所测参数严格属于同一半径,同时又具有 X 型探针的二维能力,以测定速度矢量,湍流度及雷诺应力,在此测量中我们研究了机匣探针孔对边界层流场的干扰问题。灰尘油污的污染,气流温度随压气机工况的变化是遇到的主要问题。     

基于压力信号分析的轴流式压气机失速预测

为了得到压气机工作状态的稳定观测点,并建立压气机近喘失速工作状态与压气机压力信号的相关关系,本文针对低速双级轴流式压气机,分别进行了均匀进气及畸变进气条件下不同转速的近喘失速试验,实时动态测量标定压气机由正常工作到失速工况下压力信号,并在时域内提出了一种基于自相关系数的压气机失速预测算法,对进口、出口以及压气机首级转子叶尖位置压力信号预测分析。结果表明所提出的预测算法具有良好的失速预测能力,且发现叶尖处离叶片前缘20%的位置,最适宜作为压气机失速预测的观测点,此时压气机叶尖压力自相关性数据与压气机喘振裕度具有明显的单调相关性。     

轴向间距对压气机稳定性的影响

对低速轴流压气机五个轴向间距下的压气机特性进行了试验.通过试验分析了轴向间距对压气机失速点流量,以及对压气机工作于多团旋转失速流量范围的影响,论证了静子在轴流压气机中具有抑制扰动波发展以及增强气动稳定性的作用.实验结果表明,随着转静子之间轴向间距的减小,静子的增稳作用增强,压气机的失速流量减小.     

叶片稠度对压气机最大有效静压升影响的数值模拟

为研究叶片稠度对压气机最大有效静压升的影响,针对某单级低速压气机,通过改变转静子叶片数,构建了不同叶片稠度的压气机模型,采用三维数值模拟的方法,获得了不同稠度情况下的压气机特性。计算结果表明,静子叶片数的增加能够抑制附面层分离,拓宽压气机稳定工作范围,压气机近失速点的压比增大,压气机的最大压升能力增强,其最大有效静压升增大;转子叶片数的增加能够抑制气流分离,减小流动损失,从而使得近失速工况下压气机效率和压比增大,压气机近失速点压升能力增强,其最大有效静压升增大。通过对叶片数不同时各压气机的最大有效静压升系数与Koch最大有效静压升预测曲线的对比,从数值模拟的角度验证了以最大有效静压升作为压气机稳定性判据的有效性。     

多级轴流压气机的可压缩失速模型

发展了一个用于分析多级轴流压气机动态失速特性的多“激盘”可压缩模型。该模型采用二维非定常的可压缩Ｅｕｌｅｒ方程描述压气机上、下游管道以及各叶排之间轴向间隙内的流动，而采用“激盘”分别取代压气机的各个叶片排。利用该模型重点分析了多级轴流压气机中二维小尺度旋转失速的起始特性以及动－静叶之间的相互影响。所得结果表明，该模型可有效地用于此类问题的分析。同时还对一台五级高速轴流压气机的失速特性进行了详细分析，有关计算和实验结果的比较表明，该模型及其计算结果是可靠的     

微量叶尖喷气对压气机稳定性的影响

为了研究微量喷气对压气机稳定性的影响及其机理,在双级低速轴流压气机试验器上开展了微量叶尖喷气对压气机稳定裕度影响的参数化研究,并将其结果与无喷射时的基准值进行比较。结果表明,微量喷气能够提高压气机的稳定裕度,扩宽压气机的稳定工作范围,扩稳机制是抑制了模态波向旋转失速团的发展并同时改善了转子叶尖的流场;喷气量越大,微量喷气扩稳效果越明显;在相同喷气量的情况下,沿逆压气机旋转方向偏转一定的角度喷气时叶尖微量喷气具有较好的扩稳效果。     

离心压缩机系统喘振的实验研究

在一个小型低压离心压缩机喘振实验台上，针对不同储气槽容积、不同转速和不同阀门开度的各流量工况，对离心压缩系统的喘振现象进行了观察。介绍了使用示波器观察热线信号判断系统中倒流发生的方法，可用于实时地监测深度喘振的发生，同时，还对各种工况下的喘振形态及性能变化进行了实验观测。     

基于探针管路动态修正的压气机动态总压测试

为方便安全地获取压气机内部多点动态总压信号，采用气动探针将测点压力引出，并通过动态修正还原测点处的压力信号。利用爆破气球装置产生的向下阶跃输入信号和探针响应输出信号，辨识得到探针管路的离散传递函数模型，以此来修正测量信号，获得测点真实压力。所用标定方法能够实现1000Hz以内信号的动态修正，探针信号经过修正后能够消除相位延迟，且管路谐振效应对信号的放大作用显著减小。压气机动态总压测试结果表明:随着进气流量的减小，转子进口叶片通过频率信号幅值逐渐增大，静子出口宽频扰动增强，在近失速点宽频扰动最大；压气机突尖型旋转失速先兆首先出现在转子叶片前缘叶顶附近，而后向叶根方向迅速扩展，并形成全叶高范围的旋转失速团，完全发展的失速团传播速度约为30%转子转速。     

三维动态失速模型在风力机气动特性计算中的应用

为了适应风力机叶片的大展弦比、旋转和只有单侧叶尖涡的特点,对已建立的适用于小展弦比直机翼的三维动态失速模型进行了一系列的修正,然后用于风力机三维非定常气动特性计算。该动态失速模型所必须的气动输入参数将由动量叶素理论方法计算得到。本文将动量叶素理论、三维动态失速模型、三维旋转效应模型适当耦合起来,获得了风力机叶片的三维非定常气动特性计算方法。应用上述方法计算得到了不同工况下的风力机叶片各截面的非定常气动载荷结果,并与风洞实验结果以及用二维动态失速模型计算的结果进行比较,对计算方法和计算结果进行了详细的分析和讨论。本文模型相比于二维模型,能够更好地仿真风力机叶片的三维动态失速气动特性,尤其在叶片外部截面效果更佳。     

叶轮机转子叶排非定常旋涡脱落频谱特性研究新方法

在研究叶轮机械转动部件非定常旋涡脱落频谱特性时,难以避免会遇到旋转坐标系向绝对坐标系转换的问题.笔者通过理论推导,得出了坐标转换情况下各个旋转模态的变化规律,总结出两大判读频谱特性的判据.据此判据对动态实验测量结果进行了分析,准确地捕捉到了转子叶排非定常旋涡脱落的典型特征频率.而对后期的PIV流动显形实验结果进行分析时,又进一步验证了理论推导以及实验测量所得结论的正确性.笔者提出的实验分析方法可有效地确定非定常旋涡脱落的特征频率,为实现非定常流动控制以及轴流压气机非定常耦合流型提供重要的依据.     

低速离心压缩机旋转失速的试验研究

对某低速离心压缩机无叶扩压器壁面静压波动和内部流场进行了详细的试验测量,重点研究了小流量工况下的不稳定流动和旋转失速.在试验中,首先使用高频动态压力传感器获得了不同流量工况下扩压器前盖板处的静压波动,并对测量结果进行了频谱分析,以确定旋转失速起始工况点和不同小流量工况下的失速频率.然后使用PIV测速设备详细测量了在失速条件下,无叶扩压器及叶轮流道内部的流场变化.试验丰富了对低速离心压缩机旋转失速流动现象的认识,为设计高性能的离心压缩机提供了丰富的实验数据.     

某运输机加装失速条气动特性研究

为改善某运输机着陆襟翼构型失速急剧滚转问题，采用数值计算和风洞实验方法优选了机翼失速条的外形参数，并对气动力和流场特性进行了研究分析。以失速条高度H和安装位置距离前缘的长度S为设计变量，采用求解RANS方程的方法研究了失速条对着陆构型翼型二维特性的影响，表明S越小（即越靠近上翼面)失速迎角提前越多，H增大也能使失速迎角提前但敏感性小于S。失速条后方产生了分离气泡且随迎角增加而逐渐增大增长，在破裂后导致翼型失速提前，使升力线出现圆弧形的失速特征。设计了4种失速条在机翼上的平面布局方案，通过缩比模型风洞实验验证表明:40%半展长处展向长度2m，S=0的失速条使升力线由急剧失速变为平顶型失速并消除了失速后的不对称滚转力矩，将此失速条展长缩小一半的2种方案也不同程度地改善了失速形态，15%半展长处失速条对失速特性无明显改善，主要原因是气流分离从约40%半展长处开始发生，失速条安装在这一展向位置时才能发挥作用。     

上游转子对下游静子叶片气动力的影响

为研究轴流压气机下游静子叶片非定常气动力的大小和频率的变化规律，采用在静子叶片表面埋设微型动态压力传感器的方法，在低速单级轴流压气机实验器上进行了静子叶片表面压力的测量。测量了不同轴向间距、不同转速下从近堵塞到近失速的宽广流量范围，并对所测得的静子叶片非定常气动力进行了离散傅立叶变换，以分析其频谱特性。实验结果表明：在转子尾迹的影响下，静子叶片表面的波动频率是转子的尾迹频率及其倍频。转子尾迹频率的高频分量对静子叶片吸力面前缘的影响比对其他位置的影响大。叶片表面的非定常压力和气动力随压气机流量、转速和轴向间距的变化而变化。     

飞机机动飞行时分支和突变特性研究

本文应用分支和突变理论,对飞机急滚运动时非线性的分支跳跃现象进行了研究。得出了二维操纵参数平面内的分支图。在状态参数和操纵参数空间内导出了求解滚转速率临界稳定值的解析公式,Phillips判据是其中的一种特殊情况。对非线性的跳跃突变现象进行了分析讨论,找出了导致跳跃现象产生的物理原因。最后研究了副翼操纵反馈设计对操纵参数稳定域的影响。     

基于合成射流的旋翼翼型动态失速控制研究

针对直升机旋翼工作环境下来流速度和迎角(Angle of attack,AoA)耦合引起的动态失速问题,建立了基于合成射流的旋翼动态失速控制的数值模拟方法。采用运动嵌套网格方法,通过对翼型的平移和旋转实现变来流速度-变迎角的耦合。以积分形式的雷诺平均N-S方程为主控方程,空间离散使用Roe格式,时间离散为隐式LU-SGS方法,以OA209翼型为研究对象,在翼型上表面放置合成射流激振器,开展了射流位置、动量系数、无量纲频率以及偏角等参数对轻度失速、深度失速下翼型动态失速控制的研究。研究发现,轻度失速下,射流位置靠近气流分离点时(20%c附近,c为翼型弦长),对逆压梯度引起的轻度失速控制效果最佳。深度失速下气流分离点虽在5%c之前,但射流位于前缘分离泡后端(10%c附近)时控制效果较好。大迎角需要较大的动量系数才能有效控制。射流频率对涡结构的尺寸和数量会产生一定影响,能改变气动特性波动幅度。较小的射流偏角对轻度失速的控制更有效,而深度失速则需要较大的偏角。     

聚氨酯复合泡沫塑料压缩本构关系

基于聚氨酯复合泡沫塑料的准静态压缩及动态压缩实验数据,讨论了不同材料参数和实验环境对材料应力-应变特性的影响。在此基础上,本文对Sherwood-Frost的本构关系框架进行了扩充,引入了空心球填充比的影响,然后基于实验数据用数值方法拟合了聚氨酯复合泡沫塑料包含应变率、密度以及填充比的压缩本构关系。     

一种改进的阻抗比判据

在直流分布式电源系统中,按单独工作模式设计的子系统之间的相互作用将导致电源系统动态性能下降甚至不稳定。M idd lebrook判据是分析分布式电源系统稳定性的经典方法,但不能保证系统的绝对稳定性及各子系统原有的动态性能。本文基于分布式电源系统小信号模型,研究了子系统之间的相互作用问题,给出一种改进的阻抗比判据,该判据能保证各子系统原有的稳定性和动态性能。分析实例与实验结果证明理论分析的正确性,从而为源变换器的优化设计提供了理论依据。     

跨声速压气机实验系统Helmholtz频率的影响因素及估算方法研究

针对压气机实验系统 Helmholtz共振频率的研究对于建设压气机试验系统及研究压气机流动不稳定现象均有重要意义。以北京航空航天大学跨声速压气机试验系统为背景,通过拆除该压气机试验系统的稳压箱、格栅等部件以及更改该试验系统的几何尺寸,分析该型压气机试验系统 Helmholtz 共振频率的影响因素;同时引入了Duct-Compressor-Plenum模型理论,对该压气机试验系统进行相应的模化,并对其系统 Helmholtz 共振频率进行相应估算。结果表明:在该类型的跨声速压气机试验系统中,压气机前端的稳压箱及稳压箱之前部分主要作用是为整个试验系统提供均匀的进气环境,而对系统 Helmholtz 共振频率不产生任何影响。因此,在跨声速压气机试验系统Duct-Compressor-Plenum模型模化过程中,不应将稳压箱及其之前部件进行模化。     

保护气体成分对大电流脉冲MAG焊焊接参数的影响

研究了直流反极性脉冲ＭＡＧ焊在不同配比的Ａｒ＋ＣＯ２，Ａｒ＋Ｏ２时，电弧的静特性、脉冲参数以及形成脉冲旋转喷射过渡临界规范值的变化。结果表明，气体万分及配比不同时，电弧特性曲线位置不同，在其它条件相同的情况下，Ａｒ＋２％Ｏ２的脉冲电流最高，最易形成脉冲旋转喷射过渡；Ａｒ＋２０％ＣＯ２的脉冲电流最低，不能形成脉冲放置喷射过渡。