辅助动力装置建模及数值仿真

为辅助APU(auxiliary power unit)的研发,以目前广泛应用的带负载压气机结构APU为研究对象,进行建模分析与研究.首先介绍了APU结构特点与调节规律,然后分析了负载压气机对APU共同工作的影响,最后采用部件法建立了该类型APU数学模型并设计仿真软件.以某型APU为对象,数值仿真与实际试车数据比较,结果表明所采用的建模方法是正确的,计算误差小于5%,所建立的模型能够满足工程需求.      

基于功率保持的辅助动力装置引气性能计算模型

以带负载压气机辅助动力装置(APU)为对象,分析了其结构特点与工作原理,针对目前工程上常用的APU引气性能计算模型的不足,建立了基于APU与空气涡轮匹配的总体性能数学模型和负载压气机变几何部件特性插值模型。在此基础上,研究了APU功率调节规律,获得了轴功率负载、APU涡轮前温度、排气温度与负载压气机进口导叶角度之间的匹配关系,进而实现了APU全包线内和全工况下的引气性能计算。利用GTCP131-9A试验数据对模型进行了验证,结果表明:引气流量计算误差小于3%,引气压力计算误差小于4%;功率保持下的APU涡轮前温度限制值仅与轴功率负载大小有关,与进气温度无关。研究结论对于带负载压气机APU总体性能计算和调节规律设计提供了参考。      

辅助动力装置喘振控制方法

以带负载压气机的辅助动力装置(APU)为研究对象,分析了其引气工作特点及负载压气机喘振机理,提出采用出口换算流量小于最小稳定工作流量的方法来控制负载压气机稳定工作,当APU出口换算流量小于最小稳定工作流量2%时,通过打开喘振控制阀(SCV)防止APU喘振.设计了比例积分微分(PID)控制器控制SCV开度,试车数据与相同条件下的逼喘仿真试验结果对比表明,所提出的方法既可避免负载压气机喘振,又可保证出口压力满足引气要求.      

辅助动力装置导叶调节规律及对性能影响研究

以带负载压气机的辅助动力装置(APU)为研究对象,为实现进口导向叶片(IGV)在不同角度下引气流量与负载压气机出口流量的匹配设计,根据已有的IGV在30°,50°,75°和90°时对应的负载压气机特性,建立引气特性插值表,设计IGV开环控制规律,并在此基础上完成了引气量稳态变化、动态变化以及卸载过程数值仿真,分析了引气量改变对动力段压气机工作点和APU性能参数的影响。仿真结果表明,引气量在0.6~1.8kg/s范围内变化时,IGV开环控制规律能够根据引气量和环境大气调节IGV角度,确保负载压气机始终处于稳定、高效的工作状态。该控制规律在全包线范围内均适用,可以应用于APU引气匹配设计。     

航空发动机空气起动系统性能匹配计算方法

为了探索航空发动机空气起动系统的匹配机理,寻找改善全包线内系统性能的技术途径,通过对系统各单元工作特性及相互制约条件的分析,在综合辅助动力装置(APU)、引气管路、调压装置、空气涡轮起动机(ATS)特性计算模型的基础上,发展了一种基于各单元匹配的空气起动系统性能计算方法。该方法能够准确获取系统设计点、各单元特征参数及边界条件,确定APU引气特性、引气管路损失特性、ATS喉道面积和调压装置蝶阀调节规律,进而实现空气起动系统全包线特性计算。利用试验数据对模型进行了校验,结果表明,输出功率计算误差3.5%、引气流量计算误差4%。该模型克服了目前工程上只能单点计算,且需反复迭代的缺陷,为空气起动系统总体性能设计和评估提供了一种有效的分析工具。     

基于PEM的辅助动力装置系统辨识与仿真

辅助动力装置（APU）是一个复杂的非线性系统,为了研究APU的工作特性,必须对其进行数学建模。本文依据某型APU地面试车数据,采用基于预测误差法（PEM）的输出误差模型进行系统辨识,建立了APU某一稳态点的＂小偏差＂数学模型,以满足后续控制规律的设计和研究。MATLAB仿真结果表明,此方法对APU模型辨识可行。验模表明,所建模型精度很高,且能实时准确反映APU性能,因而可在该状态下基于此模型进行控制器设计。     

基于故障树的APU无引气分析及维修建议

根据某航空公司的历史数据,APU无引气是APU故障的常见形式。本文基于故障树分析方法对APU无引气事件进行安全性分析。以APU无引气为顶事件构建故障树,计算出顶事件发生概率,结合故障树的最小割集和概率重要度,确定导致顶事件发生的主要原因,并提出相应改进措施。     

橡胶隔振器黏弹性5参数分数导数并联动力学模型

以辅助动力装置(APU)橡胶隔振器为研究对象,建立了橡胶隔振器非线性分数导数动力学模型.提出了橡胶隔振器5参数分数导数频率相关性和振幅相关性并联模型.该模型能够使用较少的参数描述APU橡胶隔振器在宽广频率范围内的黏弹性特性.还分析研究了各参数对APU橡胶隔振器储存模量和损失模量的影响,利用数值求解的方法给出定量结果.研究结果表明并联模型能更好地描述APU橡胶隔振器宽广频率范围内的动态特性.为橡胶隔振器设计应用提供了理论基础.      

客机APU舱温度场的数值计算

为研究大型客机APU舱传热过程和进行结构热分析,采用数值方法计算了APU舱温度场。采用商业CFD软件Fluent,选用Realizable k-ε湍流模型和S2S热辐射模型建立了APU舱内流动和传热数值计算模型,得到了流场、温度场和热流信息。APU舱中主要传热过程是辐射传热;APU防火罩和排气管隔热罩起到了热辐射遮热罩的作用;防火罩内的APU冷却空气对于降低防火罩温度有重要作用;排气管内的引射冷却空气有效降低了壁面温度。     

压气机引气模拟方法及引气结构的数值研究

为研究引气对于压气机设计的影响,以某高压压气机引气级为研究对象,通过对比源项引气模型与构建真实引气结构两种数值仿真方法的差异,并用构建真实引气结构的数值仿真方法分析了不同引气结构对压气机性能和流场的影响。仿真分析结果表明：两种数值仿真方法计算得到的压气机引气级的性能和局部流场均存在较大的差异,在压气机气动设计分析中应该采用构建真实引气结构的数值仿真方法。引气结构和主流道的夹角对主流区域叶尖位置的流场和压气机引气级的性能有较大影响,并且对引气管路内的流动分离程度也有较大影响,当此夹角为45°时,主流区及引气管路内的流动损失均最小。