航空发动机中冰晶结冰的研究进展

一般认为经过风扇压缩后空气温度高于冰点，压气机内不会发生结冰。然而近年来，国外研究者对若干起发动机推力损失故障的研究表明冰晶能够引起压气机内部结冰，并在试验室中再现了温度高于冰点时压气机内结冰这一现象。我国在航空发动机冰晶结冰研究方面刚刚起步，为准确掌握国内外研究现状，从数值和试验两方面对国内外已开展的压气机内结冰研究进行了分析与总结，讨论了当前冰晶结冰的主要研究成果和存在的局限，提出了开展冰晶结冰研究需重点关注的方向，为我国航空发动机冰晶摄入结冰研究和适航审定研究提供一定参考。     

基于轮廓搜索的机匣铣削毛坯模型自动构建方法

针对发动机机匣零件铣削毛坯模型构建中,表面凸台回转轮廓获取困难,凸台轮廓之间以及凸台轮廓与回转体轮廓之间组合难处理,毛坯构建效率低且余量分布不均的问题,提出了基于轮廓搜索的机匣铣削毛坯模型自动构建方法。用离散的方法得到复杂形状凸台特征的回转轮廓,将凸台特征与回转体特征的回转轮廓旋转投影到草图平面,结合加工余量、车削刀具尺寸等工艺信息进行毛坯轮廓搜索,进而得到余量分布均匀且符合工艺要求的铣削毛坯。该方法对机匣回转体与表面凸台进行统一轮廓搜索,并充分考虑加工工艺,能处理具有复杂表面凸台的机匣零件,效率高、通用性好;所得毛坯余量分布均匀,减小铣削材料去除量,有助于提高铣削加工效率。     

航空发动机任务可靠性模型建立方法研究

任务可靠性模型是用以估计产品在执行任务过程中完成规定功能的概率,描述完成任务过程中产品各个单元的预定作用,用以度量工作有效性的一种模型。航空发动机作为复杂的机电产品,其使用功能和使用环境都较为复杂,行业内缺少航空发动机任务可靠性模型建立方法或指南。本文结合某型航空发动机的工程研制工作,尝试按照通用的任务可靠性模型建立方法,研究建立方法中各项分析工作的目的和意义及其相互之间的输入输出关系,摸索出适合工程应用的航空发动机任务可靠性模型的建立方法。     

航空发动机燃烧室光学可视模型试验件及其流场测量研究进展

航空发动机燃烧室内的燃烧组织是高温高压受限空间内多级旋流复杂流场结构的气动、燃油雾化、蒸发、油气混合和燃烧化学反应多场耦合过程,而其流场特性影响雾化和燃烧过程,从而对燃烧室的燃烧性能具有决定性影响。对燃烧室内复杂强旋流流场组织机理的认识和高精度测试一直是发动机燃烧室研制过程中的难点之一。本文针对光学可视模型燃烧室试验件设计方法及典型发动机燃烧室的流场组织机理和特性进行总结,希望给发动机燃烧室研制过程中光学模型燃烧室试验件的设计提供一定的借鉴,深刻认识目前两类典型的传统旋流杯模型燃烧室和基于分区分级耦合燃烧技术的新型燃烧室的流场特性,促进航空发动机燃烧室的研制。     

航空发动机进气温度畸变研究综述

进气温度畸变是影响航空发动机稳定工作的重要因素,本文首先概述了航空发动机进气温度畸变的来源,介绍了国内外围绕温度畸变引入机制开展的流动机理研究进展,总结了进气温度畸变对推进系统部件和发动机总体的影响。其次,分析了国内外现有的温度畸变模拟装置结构、工作原理与性能特性,介绍了利用畸变模拟装置开展机理研究与工程应用研究取得的进展。进一步,对比分析了各类温度畸变评定措施和评定标准,介绍了进气温度畸变测试环节涉及的关键技术。最后,列举了航空发动机进气温度畸变的抑制技术及针对温度畸变的发动机防喘控制技术,分析了各种技术的优缺点。航空发动机进气温度畸变研究对发动机抗温度畸变设计和测试具有重要的指导意义。     

人体空气动力学问题

本文首次提出了人体空气动力学的基本概念、研究内容、方法和当前存在的主要问题。阐述了高速气流吹袭对人体造成的影响,分析了人体各部分的气动特性,给出了人体上肢、小腿及头颈部的阻力系数曲线,认为人体四肢和头颈部在高速气流吹袭下产生的相对于人椅系统甩打运动,将对人体的安全弹射造成严重威胁,是飞行员安全弹射的主要障碍。本文还对目前国内外所研究的高速气流防护装置按其防护原理进行了分类,并评价了他们的防护能力。本文介绍了国内外的主要研究成果,并对其中人椅系统的速压计算问题作了较为详细的阐述,介绍了作用在人椅系统上的速压修正的半经验公式。此公式不仅适用于计算像人椅系统那样的大钝体,而且也适用于计算其它大钝体在任意 M 数范围内的阻力系数。最后,文中对今后的研究工作提出了一些建议。     

民用飞机适航用临界冰形的确定及验证

对民用飞机结冰适航取证用临界冰形确定及验证进行研究。在民用飞机结冰适航取证过程中,首先需要确定临界冰形,为结冰后的性能和操稳评估提供冰形输入。首先确定临界冰形的判断标准,制定临界冰形确定的工作思路;然后采用SADRICE结冰数值软件开展结冰冰形参数的敏感性分析,获取临界结冰条件;最后通过冰风洞试验对参数敏感性结论进行验证。结果表明数值模拟参数敏感性分析结论与冰风洞试验结果一致,数值模拟所得临界冰形上冰角与冰风洞试验一致,下冰角存在一定差异,但不影响冰形临界性判断结论。参数敏感性分析所得临界结冰条件以及冰风洞试验所得临界冰形正确,可作为结冰适航取证临界结冰条件及临界冰形。临界冰形确定思路、方法可为其他民用飞机结冰适航取证提供参考。     

气动除冰类飞机结冰风洞试验适航审定技术

民用飞机为获得型号合格证，应按照有关结冰适航规章条款进行结冰适航验证，如何解读适航条款要求并制定有效的符合性验证流程，是进行适航合格审定的关键。本文以Y12F气动除冰飞机结冰风洞试验的实际工程为例，以相关结冰适航文件为基础，结合国际最新的飞机结冰研究成果，研究并总结了目标试验状态设定、设备选择、试验状态的等效转换、模型研制、风洞试验等适航审定要求和技术。构建的结冰风洞试验适航审定方法，有效地指导完成了Y12F飞机除冰系统的适航验证工作，完成中国民用航空局（CAAC）和美国联邦航空管理局（FAA）同时审查，为获得CAAC和FAA型号合格证奠定良好基础。     

航空发动机极端条件下液雾自燃特性研究进展

贫油预混预蒸发（LPP）燃烧是目前最先进的民用航空发动机低排放燃烧技术，但在预混过程中面临的自燃与回火等风险，已成为制约其发展的瓶颈问题。在航空发动机燃烧室的高温（最高1000K）、高压（最高6MPa）来流极端条件下，预混预蒸发段内自燃属于受限空间内的液雾自燃，本文对与液雾自燃相关的实验研究进行回顾和分析。首先，描述民用航空发动机LPP燃烧室内的液雾自燃过程，分析液雾自燃的影响因素和特点，指出液雾自燃的重点研究方向；其次，对与液雾自燃密切相关的化学自燃研究进行简要综述，总结各物理参数对化学自燃的影响规律；最后，重点分析液雾自燃的实验研究现状，展示航空发动机极端条件下的液雾自燃随机性研究进展，探讨液雾自燃研究面临的问题和后续发展趋势。     

基于VPRS理论的航空发动机送修等级决策

应用变精度粗糙集理论研究了发动机状态信息与单元体性能参数之间的关系，提出了一种基于信息熵属性约简的航空公司发动机维修等级决策方法，从而在维修决策时能够更加客观地反映发动机实际损伤程度。最后以CF6型发动机维修等级决策规则生成为例说明了该决策方法的有效性。     

航空发动机振动与平衡研究

转子不平衡引起的振动故障是航空发动机常见并且危害较大的故障,对发动机转子平衡是降低发动机振动的重要措施。本文主要以CFM56系列发动机为研究对象,介绍其静平衡和动平衡的基本原理和具体方法,为航空发动机相关维护以及振动平衡研究提供参考。     

基于大型结冰风洞的航空发动机结冰与防冰试验技术

航空发动机结冰和防冰过程复杂,数值计算无法对其进行准确模拟,因此试验研究是发动机研究过程中必不可少的手段。我国首座大型结冰风洞已具备开展飞机翼段结冰试验的能力,有必要进一步发展航空发动机结冰与防冰试验技术,以满足下一步我国航空发动机型号设计与适航取证的需求。依托3 m×2 m大型结冰风洞,发展了进气模拟技术和热气供气技术,提出了一套结冰风洞试验流程及方法,并针对某型航空发动机进气部件开展了结冰风洞验证试验。结果表明:试验可真实模拟发动机内外流耦合和压气机引气防冰状态,且提出的结冰风洞试验流程及方法合理可行,实现了试验动态过程监测及进气道内流场压力测量,为下一步我国航空发动机结冰防护系统设计与安全适航符合性验证提供了技术支撑。     

空气/酒精单喷嘴燃气发生器试验研究

针对引射系统的安全性、经济性及小型化要求，提出了一种基于航空发动机燃烧室结构的双油路燃气发生器方案，并设计、加工了单喷嘴试验件，进行了多工况下的热试车。试验结果表明，燃气发生器设计方案可行，采用高能火花塞直接点火方式可实现燃气发生器可靠点火；燃气发生器点火迅速，主要工作参数基本满足设计指标；能在较宽的流量范围内稳定工作，余气系数下限达到3.9；燃气发生器燃烧效率较高，但随着余气系数的增加而明显降低。     

铁谱图像自动识别系统的开发与设计

立足于我国航空发动机发展的现状,结合铁谱技术的发展,阐述了铁谱图像自动识别系统的结构和组成部分,进一步促进我国新型飞机油液故障诊断系统的研究、设计与发展。     

基于状态监测数据的航空发动机剩余寿命在线预测

针对现有基于状态监测数据的航空发动机剩余寿命预测研究未能综合考虑隐含退化建模和同步更新漂移/扩散系数的问题,提出一种基于状态监测数据的航空发动机剩余寿命在线预测方法。首先,基于非线性Wiener过程构建带比例关系的航空发动机隐含退化模型;其次,基于多台同类发动机的历史状态监测数据,对退化模型参数进行离线估计;然后,基于目标发动机的实时状态检测数据,利用贝叶斯原理同步更新退化模型漂移/扩散系数;最后,推导出航空发动机的剩余寿命概率密度函数。结合实例分析,验证了本文所提方法较传统方法具有更高的预测准确性与精度,具备潜在工程应用前景。     

航空燃料发展综述

以航空发动机的发展历程为主线,系统地回顾了应用于航空飞行器中的航空燃料发展的历史和成就,深入分析不同时期航空燃料的优缺点,归纳目前国际上在航空发动机和航空燃料方面的研究现状和最新进展,对航空燃料的发展前景和可能的研究方向作出展望。     

发动机复合模型及其在飞/推综合优化控制中的应用(英文)

研究了飞/推综合控制系统的在线优化实时性问题。提出将机载发动机复合模型与序列二次规划(Sequential quadratic programming,SQP)算法结合应用于飞/推综合优化控制的策略。首先,设计适用于全包线范围并可大幅度缩短优化时间的发动机稳态复合模型,然后基于SQP算法将该模型应用到发动机性能寻优控制中,包括最大推力和最小油耗优化模式,从而更加有效地完成各种不同的飞行任务。通过飞机巡航、平飞加速等仿真实验,表明了该优化控制方案能够在具有较好优化效果的前提下,明显提高飞/推综合控制系统的优化实时性。     

机械螺栓连接状态监测和辨识方法研究进展

螺栓连接广泛存在于机械装配结构中.振动环境下螺栓连接的状态会发生滑动、分离甚至松脱等现象,从而严重影响结构的功能性和安全性.监测和辨识机械螺栓连接的状态是结构健康监测研究的前沿热点.首先,对螺栓连接非线性动力学问题的研究现状进行了分析,指出针对复杂螺栓连接结构的非线性动力学问题的深入研究是建立可靠的状态检测和辨识方法的基础.然后,讨论了基于振动分析的两类结构健康监测方法在机械螺栓连接中的研究进展,重点综述了基于机电阻抗的状态监测方法的原理、应用现状和不足.最后,讨论了基于非线性系统动力学理论的状态监测方法及其在螺栓连接中的研究应用情况,指出了该技术进一步发展应用的若干关键技术.     

Remaining Useful Life Prediction for Aero-Engines Combining Sate Space Model and KF Algorithm

The key to failure prevention for aero-engine lies in performance prediction and the exhaust gas temperature margin(EGTM)is used as the most important degradation parameter to obtain the operating performance of the aero-engine.Because of the complex environment interference,EGTM always has strong randomness,and the state space based degradation model can identify the noisy observation from the true degradation state,which is more close to the actual situations.Therefore,a state space model based on EGTM is established to describe the degradation path and predict the remaining useful life(RUL).As one of the most effective methods for both linear state estimation and parameter estimation,Kalman filter(KF)is applied.Firstly,with EGTM degradation data,state space model approach is used to set up a state space model for aero-engine.Secondly,RUL of aero-engine is analyzed,and expected RUL and distribution of RUL are determined.Finally,the sate space model and KF algorithm are applied to an example of CFM-56aero-engine.The expected RUL is predicted,and corresponding probability density distribution(PDF)and cumulative distribution function(CDF)are given.The result indicates that the accuracy of RUL prediction reaches 7.76%ahead 580 flight cycles(FC),which is more accurate than linear regression,and therefore shows the validity and rationality of the proposed method.     

单头部燃烧室流场PIV试验测量

航空发动机燃烧室内流场结构直接影响燃油雾化、油气掺混以及燃烧性能,本文采用粒子图像速度仪(Particle image velocimetry,PIV)对某单头部基准燃烧室内的冷态流场和燃烧流场分别进行了试验测量。在冷态流场试验中,研究了进口空气流量变化对燃烧室内的流场结构、回流区尺寸大小变化的影响规律;而燃烧流场试验测量分别研究了进口空气流量和油气比变化对燃烧流场结构的影响。试验结果表明:由于下壁面中间主燃孔进气射流的强烈影响与挤压,导致旋流器出口处横向截面上的旋转气流不是一个完整的旋流气流;燃烧流场与冷态流场相比,其流场结构基本相似,但中心回流区宽度稍变瘦,随着油气比的增大,中心回流区逐渐变瘦,宽度变窄;随着油气比的增加,轴向速度逐渐变大、回流负速度变大;燃烧流场测量中,在燃烧室头部较好地捕捉到喷嘴喷出的油雾锥上油珠的速度大小。