航空发动机燃油控制装置可靠性研究综述

航空发动机燃油控制装置是航空发动机的核心控制单元，长期服役在高温、高压、强振的恶劣环境，在航空发动机外场使用中故障率占比高，产品的寿命及可靠性是当前制约我国装备能力提升的短板。本文总结了当前燃油控制装置的典型故障类型，对比分析了国内外在燃油控制装置可靠性设计与分析技术、可靠性优化技术、寿命试验技术及可靠性评估技术方面的研究进展；剖析了我国燃油控制装置可靠性技术研究及应用方面的不足及原因，同时结合航空发动机正向研发体系建设需要，指出了航空发动机自主创新设计中燃油控制装置性能及可靠性一体化设计所面临的技术难点和挑战，并立足于现有国内设计水平及工业基础，给出了夯实我国航空燃油控制装置设计能力需开展的基础性研究建议。     

基于改进Bezier曲线的复合叶轮式离心泵参数化设计及性能仿真

针对复合叶轮式燃油离心泵的高效设计问题,提出一种基于改进Bezier曲线的叶轮参数化设计方法,并进行了试验验证及性能仿真分析研究。通过引入比例系数来约束五点四次贝塞尔样条曲线的控制点参数,进而采用该改进的Bezier曲线方法完成叶轮的轴面轮廓型线设计。结合一级辅助叶片偏置设计方法,完成复合叶轮的参数化设计。基于上述方法,以某型燃油离心泵为例进行设计及三维建模。最后,通过外特性试验验证设计方法和仿真方法的有效性,并对所设计的复合叶轮式离心泵与普通叶轮离心泵进行性能仿真对比分析。结果表明：仿真与试验预测的扬程和效率结果基本吻合,所提出的设计方法和采用的仿真方法能够有效完成复合叶轮式燃油离心泵的参数化设计和性能仿真。此外,相比普通叶轮离心泵,复合叶轮式燃油离心泵压力分布相对均匀,无明显的流动损失,且进口流动有利于抗汽蚀性能。     

燃油离心泵多目标优化设计及仿真分析

针对燃油离心泵高效、高抗汽蚀优化设计问题,进行了基于损失模型和SQP算法下的多目标优化设计并进行了仿真应用。首先,考虑叶轮、蜗壳等通流部件内的水利损失、容积损失以及机械损失,建立表征离心泵效率的综合损失模型;结合基于必须汽蚀余量计算下的汽蚀表征函数以确定离心泵多目标函数。进而,利用SQP算法构造合理的适应度函数,结合约束条件确定离心泵多目标优化设计的数学模型。其次,对某型燃油离心泵进行基于SQP算法的优化设计并与其他常用优化算法进行对比。可以看到：各优化算法的最优结果几乎相似,但SQP算法对多维非线性方程组优化求解所用的迭代步数相对较少。最后,利用CFD技术进行仿真及外特性预测,以验证基于SQP算法下燃油离心泵多目标优化设计的有效性。结果表明：相比传统方法设计的原型离心泵,基于SQP算法优化的离心泵内流场压力分布相对均匀,流动损失更低,且进口流动有利于抗汽蚀性能;从外特性结果来看,基于SQP算法优化的离心泵高效工作区域相对宽广,必须汽蚀余量相对较低,抗汽蚀性能有所改善。     

燃油总管真空钎焊技术研究

针对某型航空发动机燃油总管合格率低问题进行试验研究，分析了问题产生的主要原因。首次将毛刺定位法应用到某型航空发动机的燃油总管的装配定位，结合装配间隙选配工艺和焊接顺序、焊接参数及检验方法的优化，解决了长期困扰某机交付的技术质量问题，保证了发动机的批产交付。     

航空发动机燃油系统抗污染综述

通过对航空油料污染途径、方式及污染机理进行分析,指出了油料污染对飞机和发动机造成危害的严重性,提出了航空发动机燃油系统抗污染控制技术和设计技术,探讨了未来航空发动机燃油系统对抗污染能力要求及相应的抗污染设计技术的发展趋势。     

考虑多工况性能可靠性的航空发动机循环设计方法

为实现航空发动机总体性能设计方法由传统的确定性设计向不确定性概率设计转变，提出基于分布式协同响应面法思想的航空发动机多工况性能可靠性循环优化设计方法:建立了引入非确定性部件性能的航空发动机性能仿真模型，通过试验设计、非设计点性能仿真试验等步骤，构建了各典型工况下发动机推力与耗油率性能可靠度关于设计点循环参数的分布式响应面模型，并以此构建多工况性能协同响应面模型进行循环参数优化设计，最终获得循环参数非劣解集并通过随机试验进行验证。结果表明，通过多工况性能可靠性循环优化设计方法获得的循环参数非劣解集均能使发动机在多个典型工况下的总体性能同时达到不低于97.5%的高可靠度，为设计人员根据实际情况选取循环参数提供依据。      

基于POD-PCE-Kriging模型的航空发动机高维多目标优化

针对于传统的航空发动机燃烧室设计过程计算周期长，加工和试验成本高，制约发动机设计周期的问题，基于航空发动机燃烧室模型，结合POD-PCE-Kriging（本征正交分解-多项式混沌展开-Kriging）模型和粒子群优化（PSO）算法开展了燃烧性能代理模型的构建和多目标优化设计。通过试验，应用POD-PCE-Kriging模型预测结果与一维程序计算结果进行对比分析，针对于燃烧效率和总压损失预测值的方均根误差分别为0.006 3%和0.122 7%。对设计变量参数开展寻优，并对获取的Pareto最优解集进行了分析，为满足性能指标的先进航空发动机燃烧室设计提供了物理见解，可以快速准确获得满足最优性能的设计参数，缩短航空发动机的研制周期。     

《航空发动机》1998年第1～4期总目次

序号题 目作者 期(页)1 厚薄叶片间置叶排设计研究结构与设计2 涡轮盘榫槽高温复合疲劳裂纹扩展规律3 单级轴流式压气机的性能改进4 发动机涡轮叶片镀NiCrAlY涂层技术研究及应用5 某型发动机附件机匣中心传动锥齿轮故障分析6 火焰筒头部涡流器空气对燃油喷雾特性的影响7 航空发动机故障分析程序研究8 PW4000发动机2.9放气系统故障分析9 处理机匣参数优化研究10 发动机燃气温度控制系统设计中的几个问题11 航空发动机主轴承设计12 燃油控制系统原理图参数化设计试验与测试13 优化叶型叶栅中的二次流14 某型发动机中介机匣1/6扇形段内壁附…     

航空重油活塞发动机发展趋势及关键技术分析

在充分调研和分析国内外航空重油活塞发动机发展现状的基础上,通过对比几种已定型发动机和在研发动机的性能参数,分析国内外的研究热点,正视国内外研制水平的差距并剖析原因。在调研现有的航空重油活塞发动机研发技术路线基础上,提出了适合我国国情的自主研发技术路线:以高功质比、低耗油率为发展目标,探索了未来航空重油活塞发动机应使用的二冲程做功、压燃着火等技术方案。基于国内外航空活塞动力的瓶颈技术问题,分析并提炼了航空重油活塞发动机在产品化过程中涉及到的结构轻量化、高可靠性等总体设计,以及多级废气涡轮增压、燃油喷射雾化等部件级优化的关键技术,为航空重油活塞发动机的产品化提供技术保障。     

自动优化技术在涡轮设计中的应用

为了提升计算机辅助的自动优化设计技术在航空发动机涡轮设计中应用的有效性,基于计算机辅助设计技术、CFD仿 真技术和智能优化算法,构建了集2维叶型设计优化和3维优化于一体的轴流涡轮设计优化体系。采用结合几何参数法和非均匀 B样条曲线发展了鲁棒性强、适应范围广的基元叶型参数化造型方法;结合自动结构化网格剖分、高精度CFD求解程序和智能优 化算法,开发了针对工程的高效涡轮2维叶型设计优化软件;以基元叶型为基础,发展了包括涡轮叶片3维积叠、扭转及子午流道 型线调整的涡轮3维参数化方法;耦合商业CFD软件和智能优化算法,开发了级环境下涡轮3维优化设计软件。利用3维优化设 计软件开展了某单级跨声速高压涡轮和高低压涡轮过渡段优化设计,使单级高压涡轮效率提高0.62个百分点、过渡段分离流动区 域大幅度减小。结果表明：涡轮自动优化技术能够满足工程应用需求,显著地提升了涡轮气动设计水平。     

航空发动机的一种新型主燃油泵设计

根据航空发动机对主燃油泵的新要求,阐述了满足这些要求的一种离心一高压变流量旋涡组合泵的选型理由,着重论述了确定离心泵式燃油增压泵设计流量的新思路和调节离心泵流量的结构原理,简要介绍了旋涡泵及其协同工作,最后通过与已广泛采用的离心-齿轮组合泵的性能比较,阐释了这种离心-高压变流量旋涡组合泵的先进性。     

面向21世纪航空动力控制展望

本文展望了跨入21世纪之际航空动力装置控制系统的发展方向,在技术上将向数字、综合、分布、光纤、多变量、容错及智能控制等方向发展,其达到的效益是提高性能(推力或功率)、提高可靠性、减轻重量、降低耗油率。      

航空发动机控制系统的研发与展望

对国内外军用航空发动机控制系统的研制现状和今后的发展方向进行了归纳和分析,主要对主燃油控制、加力燃油控制、尾喷管控制、防喘控制、发动机状态监视和故障诊断各系统的技术特点,方案选择,研究动向进行了介绍和评述。从航空发动机控制系统近年来取得的进展,特别是全权限数字电子控制(FADEC)技术的研究和应用,可以看出航空发动机控制系统的发展潜力巨大,将会对飞机和航空发动机的研制和发展产生巨大的影响。      

模型实时驱动的航空发动机沉浸式虚拟运行系统

为实现多学科信息的融合与沉浸式表达,针对当前虚拟现实技术在航空发动机领域的应用存在多学科信息综合表达不 足、仿真实时性低等问题,开发了一种跨学科异构模型集成仿真的航空发动机沉浸式虚拟运行系统。在信息融合与实时交互方 面,研究航空发动机气动热力性能实时仿真、实时控制、参数化结构建模与仿真、数据实时共享与多学科联合仿真集成等技术,实 现了模型实时驱动的航空发动机虚拟运行功能;在数据可视化及3维渲染方面,研究结构数据轻量化处理技术、实时渲染优化技 术,对温度、压力等流场数据进行实时映射,实现了逼真、流畅的沉浸式实时渲染效果。基于上述研究工作,在中国首次开发了1 套由模型实时驱动、跨学科数据集成的航空发动机沉浸式虚拟运行系统,结果表明：该系统实现了发动机结构、系统和性能模型数 据的关联与交互。相关技术和成果可用于协同设计、沉浸式评审、虚拟培训等场景,为未来实现数字孪生、虚实融合的数字发动机 研发提供关键技术支撑和参考。     

民用机场沥青混凝土道面设计方法综述

在大量调研国内外机场沥青道面设计方法的基础上，介绍了国内外典型的机场沥青道面设计原理和方法：结合中国现有民用机场沥青道面设计规范，综合分析了各种设计方法的指标体系，探讨了现有设计方法中存在的问题，并对今后中国的机场道面设计方法研究与发展进行了讨论，提出了一些规范修订的改进建议，为中国民用机场沥青混凝土道面设计理论的完善和修订提供一些理论参考     

民用飞机气动布局发展演变及其技术影响因素

在民用飞机气动布局发展演变的历程中,技术因素是根本推动力。为了研究未来民机的发展方向、技术需求以及应对策略,在回顾民机气动布局发展历程的基础上,梳理了在现代民机气动布局形成与演变过程中有着重要影响的4大类技术因素:航空发动机、气动设计、结构设计、飞行控制,并且揭示了这些技术因素在民机发展及其气动布局演变中所发挥的作用。结合未来航空运输市场出现的新需求,分析了未来民机的主要发展方向,重点分析了未来非常规布局民机可能采用的翼身融合、双气泡机身、支撑翼以及联结翼等气动布局形式。最后探讨了新技术条件下民用飞机发展在技术方面的需求和挑战,以及未来民用飞机总体设计的技术策略,明确了多学科设计优化是满足未来民机总体设计需求的有效技术途径。     

某型航空螺旋离心泵的性能分析与计算

在分析国外某型航空发动机用螺旋离心泵流体运动规律的基础上,建立了叶轮中液体的简化流动模型,研究了泵的扬程、功率和效率的计算方法。结果表明,该计算方法对于该泵的改进改型设计有指导作用。     

航空发动机性能寻优控制混合优化算法

根据性能寻优控制(Perform ance Seek ing Con trol)优化模式的特点,针对某型涡扇发动机,研究了把发动机性能优化问题描述为线性规划问题。同时针对线性规划方法可能会收敛于局部极小值和非线性方法计算量大的问题,提出了基于LP(L inear P rogramm ing)和MAPS(M odel-A ssisted Pattern Search)混合优化方法,并研究了LP和MAPS混合优化方法在航空发动机性能寻优控制中的应用,同时在最大推力控制模式和最小油耗控制模式下进行了仿真。大量仿真结果表明,采用混合优化方法可进一步提高发动机的性能,并且大大减少了计算量。