超高转速离心通风器性能仿真分析

以某型航空发动机的超高转速离心通风器为研究对象,应用欧拉-拉格朗日方法对其内部两相流场进行数值模拟.针对不同转速、入口质量流量进行了数值计算,分析其对超高转速离心通风器压降与分离效率的影响.计算表明:超高转速下,优化旋转空心轴结构可以减小离心通风器压降,提高分离效率.      

蜂窝式轴心通风器油气分离性能计算

为对航空发动机蜂窝式轴心通风器油气分离效率进行研究,建立考虑油气双向耦合的流场计算方法及油滴/壁面相互作用模型,在验证通风阻力及油气分离效率可靠性的基础上,对不同转速、通风流量和环境温度下蜂窝式轴心通风器的油气分离效果进行计算和分析.结果表明:转速的增加会使油气分离效率得到提升,而通风流量和环境温度的增加则导致油气分离效率的降低.蜂窝孔结构的加入对通风阻力影响不大,却对通风器的滑油分离过程起主要作用,计算表明其对滑油分离贡献率在80%以上.      

航空发动机离心通风器性能试验

为获取某型发动机离心通风器性能,通过试验模拟通风器的油雾工作环境,综合运用测质量法与光学测量方法,获取分离效率、粒径分布与压降数据。试验结果显示,分离效率随转速增加呈现先线性上升后平缓的规律。转速从静态增加到1 000 r/min,分离效率增加10%,油雾平均直径从1.8 μm降低至1.3 μm,粒径2.0~3.0 μm基本被分离;转速增加至2 500 r/min,平均粒径基本不变,未分离油雾粒径集中在2.1 μm以下。空气质量流量基本不影响粒度分布,对分离效率影响小;压降随质量流量、转速增加而增加。      

结构因素对离心通风器性能影响的数值研究

在高转速下,航空发动机离心通风器内腔存在强烈的湍流流动,而稳定工作后通风器内腔中漩涡呈周期性产生和淹灭。小尺寸颗粒受流体微团湍流随机脉动的影响,产生相对于平均流的随机脉动运动。为了研究通风孔偏心距和辐板顶圆半径对通风器性能的影响,采用离散相模型(DPM)模拟通风器内颗粒的运动轨迹。并应用随机游走(DRW)模型模拟连续相湍流瞬时速度脉动对颗粒轨迹的影响,采用随机涡寿命模型确定随机追踪模型的积分时间。结果表明:辐板顶圆半径的增大有助于提高通风器的分离效率,同时也增大了腔内流通阻力;通风孔偏心距对减小通风阻力的作用明显,但降低了离心通风器的分离效率。     

湍流对轴心通风器油气分离过程的影响

通过CFD数值计算对某航空发动机轴心通风器试验装置内强旋两相流动进行研究,采用DRW模型模拟湍流速度脉动对油滴运动轨迹的影响。结果表明,湍流引起的颗粒弥散对分离过程有着重要的影响,合理的增大湍流强度是提高轴心通风器分离效率的有效途径。该结果时于航空发动机轴心通风器设计理论计算有一定的参考价值。     

叶轮式通风器分离效率计算方法

为研究叶轮式通风器分离特性并建立满足工程设计要求的分离效率计算方法,在对油滴进行了受力分析后,推导了油滴运动轨迹模型,结合油滴捕获条件,给出了不同工况条件下油滴的最小分离直径,进而实现了叶轮式通风器分离效率的理论计算。研究表明:在不同转速、通风量和通风器入口温度时,分离效率和最小分离直径计算值与实验值趋势一致;分离效率最大误差分别为0.95%、1.01%和1.01%;最小分离直径最大误差分别为1.33%、2.29%和6.20%。计算结果与实验结果吻合较好,该方法可为叶轮式通风器设计及分离性能优化提供参考。      

基于气泡轨迹模型研究动压式油气分离器的分离性能

为了研究航空发动机滑油系统中的关键部件动压式油气分离器的分离性能,采用气泡轨迹模型研究了滑油流量、进口处滑油的切向速度和分离器直径对滑油区内气泡分离效率的影响。结果表明:增大进口处滑油的切向速度能够提高分离性能;当滑油流量在420L/min变化时,筒径为15mm的分离器的分离性能最佳;滑油沿分离器筒体方向的平均轴向速度小于0.35m/s时,分离器的分离效率随滑油流量增大而增大;滑油沿分离器筒体方向的平均轴向速度大于0.35m/s时,分离器的分离效率随滑油流量增大而减小。     

离心通风器通风阻力的影响因素

为分析航空发动机离心通风器通风阻力的影响因素,应用计算流体动力学(CFD)和雷诺应力模型(RSM)对离心通风器内流场进行数值计算.比较相同工况下通风阻力的计算与试验值,保证模型的适用性.通过计算得到不同工况和结构的足够拟合数量的离心通风器阻力值,对数据进行二元二次空间趋势面回归分析.结果表明:流量和转速的增加都带来更大的通风阻力;通风孔偏心设计与减小辐板顶圆半径可以减小通风阻力,通风孔偏心设计存在最佳偏心距约为7.5mm.     

GE90大涵道比涡扇发动机动态性能研究

航空发动机数学模型的建立对于发动机控制十分关键,GE90系列发动机作为大涵道比超大推力涡扇发动机的代表,对于国内大推力发动机的研究具有重要意义和参考价值。以GE90-85B型号发动机作为研究对象,选择部件级特性建模方法,建立大涵道比涡扇发动机的稳态及动态模型,研究发动机在加减速过程各参数变化情况以及对性能的影响。结果表明,在高压转子80%转速、燃油流量阶跃增加,和高压转子100%转速、燃油流量阶跃降低的两种情况下,空气流量、油气比、燃烧室出口温度呈现出与燃油流量同增同减的状态;燃油流量阶跃变化时空气流量无法立即阶跃跟随,致使油气比出现超调的情况;加速时考虑高温部件寿命的影响需避免超温,减速需考虑油气比低导致的燃烧室熄火。     

部件性能变化对大涵道比发动机台架性能的影响

应用航空发动机总体性能计算程序,分析了部件性能变化对大涵道比、双转子涡轮风扇发动机总体性能的影响。在几个典型转速下,对比分析了某型大涵道比发动机部件效率降低及流路总压损失增大后发动机台架性能的变化,确定了影响发动机推力、耗油率、排气温度以及压缩部件稳定性的关键因素。     

航空直齿轮喷油润滑油气两相流分析

针对航空直齿轮喷油润滑的啮齿瞬时流体状态进行研究,首先对航空直齿轮在喷油润滑工况下一个轮齿的啮合过程与润滑状态作了分析,然后建立了适合齿轮喷油润滑油气两相流分析的瞬态数学计算模型,最后通过计算流体动力学软件对其进行了建模与仿真计算.计算得到了齿轮啮合过程中啮合迹上每一个啮合点的油气率与入口压力数值及其在啮合过程中的变化规律.计算结果为进行齿轮弹性流体动力润滑和混合润滑的计算与分析提供了准确的流体状态参数以及压力入口边界条件.      

构建航空发动机滑油系统稳态模型

研究模拟不同飞行条件下滑油系统稳态工作对滑油系统的设计和故障诊断具有重要的参考价值。基于部附件特性，提出了依据8个航空发动机性能参数，用向量计算和插值算法取代迭代算法来构建滑油系统稳态模型的方法，并对发动机在海平面、最大工作状态条件下的滑油系统性能参数进行了验证计算。计算结果与设计数据吻合较好，误差在5％以内，表明所建立的稳态模型是有效的。滑油在各轴承腔和齿轮箱中的流量分配随空气压力变化，计算误差主要来自轴承腔和齿轮箱压力分布假设，为进一步提高计算精度，必须建立航空发动机内部空气系统模型。     

直升机/粒子分离器一体化流场特性: 第二部分 桨盘载荷的影响

采用等效盘模型与全三维黏性仿真相结合的方法,对旋翼下洗流干扰下直升机/粒子分离器的一体化流场特性进行了仿真研究.验证了ROBIN(rotor body interaction)模型,对类“阿帕奇”直升机/粒子分离器进行了大、小前进比时不同桨盘载荷下的一体化流场特性仿真,并对比了一体化条件、孤立条件下粒子分离器工作特性差异.结果表明:小前进比时下洗流对粒子分离器进口的分离流结构影响较大,且下洗流携带动能的叠加使得一体化条件下扫气流出口的总压损失反而比独立粒子分离器低;较大前进比状态下,下洗流干扰使得齿轮箱外罩鼓包后的分离区位置向两侧偏移,范围相比无桨盘载荷状态有所扩大,不过其对粒子分离器气动性能参数的影响并不明显.      

航空发动机转子盘腔积油振动故障分析

结合工程中航空发动机转子在试验中遇到的积油振动问题,从积油振动理论、动力学特性和振动信号分析方面展开研究,剖析了转子盘腔积液故障机理,获得了所引起转子失稳振动的特征及规律,建立了盘腔积油故障识别的流程和准则,以及其振动监控指导。研究表明:积油在转子临界转速以上的特定区域才会产生明显的次谐波振动,引起转子自激振动,自激振动频率与转子1阶临界转速接近;在临界转速以下,仍以转频振动为主,且积油会导致过临界转速峰值增大;上述故障识别的流程和准则应用在某发动机试验件转子,准确地识别出盘腔积油特征,验证本文研究结论的正确性。      

大涵道比涡扇发动机总压进气畸变数值模拟

基于数值缩放理念,以一台大涵道比涡扇发动机为研究载体,将三维彻体力模型与二维多子平行发动机模型进行有机结合,初步搭建了适用于分析复杂进气畸变对航空发动机整机流场特性影响的多维耦合计算模型。利用该多维耦合模型定量分析了稳态周向总压畸变及插板式总压畸变进气下发动机内部的流场特性。计算结果表明即便是进口单纯的方波周向总压畸变进气,在经过大涵道比风扇转子作用后在下游内外涵进口的畸变流场特征也将具有显著差异;在内涵进口形成的总压/总温复合畸变在四级增压级中均得到不同程度的衰减;插板式总压畸变进气下风扇转子进口近轮毂处受周向静压梯度驱动将产生一定程度旋流,并导致风扇转子出口轮毂处形成低压区。     

高涵道比涡扇发动机结构与力学性能定量评估

针对高涵道比涡扇发动机结构设计需求，提出转子系统、承力系统和整机的结构效率评估参数，建立了结构设计参数与力学特征参数之间的联系。典型发动机评估结果表明:受大尺寸风扇限制，高涵道比涡扇发动机低压转子系统的平均应力系数在0.2~0.3之间，低于其他类型的航空燃气涡轮发动机。在工作转速范围内，低压转子不可避免地存在弯曲型临界转速，须将转子连接结构设计在低应变能区域。机动飞行中，整机的转静间隙值变化范围为［-1.4,1.0］mm，低压涡轮是间隙控制的重点位置。