矿用对旋轴流通风机改进设计

为满足矿井安全生产、通风需要并节约能源,改进和开发新型矿用轴流风机十分必要.本文围绕提高通风机效率和喘振裕度两个根本问题,采用先进航空发动机压气机设计技术,结合国际先进叶片造型方法和成熟的旋转机械结构设计经验,对某矿用对旋轴流通风机进行了改进设计.改进后的通风机经性能测试及长期运行表明,改进设计有效地提高了通风机的效率...     

基于服务的高性能多学科优化计算在飞机设计中的应用

基于服务构架(SOA)的高性能多学科优化计算在飞机设计的应用中,能够解决超大规模设计变量和资源不足带来的一系列问题.本文介绍了先进的优化计算方法和基于高性能计算平台的解决途径及优势,并以BRIDGE项目为例介绍了该平台的具体应用.这一研究工作得到了国家"863"计划项目的支持.     

矿用对旋轴流主通风机叶轮改造设计与验证

针对矿用主通风机存在的效率低和可靠性差两个根本问题,采用国内先进的航空发动机压气机叶片造型技术,完成了通风机叶片改造气动设计;结合成熟的旋转机械结构设计经验,将传统鼓筒受力方式改为腹板受力方式,有效减轻了鼓筒质量,同时采取带不同锥角定位块的方式实现叶片角度精确调节和减小同级叶片角度偏差。经空载调试、带网运行、性能测试及运行考核表明,改造后通风机的风量、效率等性能参数明显提高,运行安全可靠,满足用户使用要求。     

一种涵道螺旋桨的简便设计方法

由于涵道和螺旋桨互相干扰的复杂性,通常涵道螺旋桨的设计需要较多经验和较长时间。提出一种将动量定理、轴流式通风机相似理论和旋转机械叶素理论相结合的工程方法,该方法应用在涵道螺旋桨初步设计阶段,可快速确定桨叶和涵道初始外形。首先根据动量理论计算通过桨盘的流量,再由轴流通风机相似理论确定桨盘直径与轮毂比,然后运用叶素理论设计桨叶的几何形状。风洞实验结果表明：该设计方法实用、有效,从而可以加快涵道螺旋桨设计过程。     

多DSP系统中的总线设计

采用多处理器并行结构是实现系统高性能与低成本相结合的最切实可行的一条途径.随着人们对高性能与低成本的需求的增长,多处理器并行系统也得到了越来越多的应用.本文首先介绍了多机系统中常用的几种并行结构,及各自优缺点.目前,采用共享总线的并行结构是一种比较流行的实现方式,它得到了最广泛的应用.本文重点讨论了在多机系统中,几种常用的总线竞争算法.并结合实际多DSP系统的具体应用需求,给出了该系统的总线设计与实现方法.     

对旋式通风机压力脉动特性的数值研究

对矿用对旋式通风机内部的三维非定常湍流流动进行了数值模拟,采用FFT方法得到了包括通风机进口、集流器、前级电机、两级叶轮、后级电机、扩散器和通风机出口等在内的共10个监测面上监测点处压力脉动的时域和频域分布。分析结果表明:对旋式通风机两级叶轮及其附近区域是流场中压力脉动较强的区域;前后两级叶轮之间的动-动干涉、两级叶轮与其相邻部件之间的动-静干涉以及流动的周期非定常特性是通风机内部压力脉动产生的主要根源;设计良好的集流器和扩散器可以显著降低通风机进出口处的压力脉动。研究结果可为通风机的噪声预估和控制提供参考。     

低雷诺数环境中低压涡轮部件的气动设计探索

为了探索高空低雷诺数情况下高性能低压涡轮部件的气动设计思路和设计方法,通过采用高负荷、大弦长的叶片设计和选择恰当的叶片表面速度分布形式设计了一台新低压涡轮。三维粘性数值模拟的结果显示新低压涡轮效率在高空低雷诺数情况下比设计点下降2 3个百分点。设计结果表明提高涡轮工作雷诺数和降低涡轮性能对雷诺数变化的敏感程度是低雷诺数环境下高性能涡轮气动设计的关键。     

高性能DSP在1553B总线中的设计与实现

为了提高数据采集效率,以高性能DSP芯片为基础,设计了以高性能DSP芯片为处理核心的1553B总线系统.在硬件系统中采用了TI公司的高性能定点运算信号处理器TMS320F2812以及DDC公司的61864协议处理器,同时采用了FPGA作为逻辑控制电路.电路设计方案用于1553总线接口适配的研制,现已通过验收并经测试证明运行稳定可靠.     

三维设计思想在子午流道大扩张角条件下的应用

根据三维设计思想,提出了针对子午流道大扩张角条件下涡轮导向叶栅的设计思想.研究结果表明:在子午流道的设计上,采用减小内端壁扩张角及加大外端壁扩张角的方式,可有效保证内端壁附近气流的抗分离能力,并且导向叶片采用正倾斜设计,以降低通道涡的径向迁移,从而减小或消除导叶尖部气流的分离,增加尖部附近气流的抗分离能力,达到减少损失的目的.该方法现已在某航空发动机高性能低压涡轮气动设计中进行了成功的应用和验证.      

通风机结构参数的优化

本文对离心式及轴流式通风机采用不同的目标函数、设计变量、约束条件和优化方法进行优化设计。其结果表明两者具有共同的特点。优化设计比传统设计效率提高 5～ 1 0 %,以静压总效率为目标效果更加令人满意。      

桨扇模型的气动性能和气动声学的实验研究

概述了具有不同安装角的直叶片、前掠叶片、后掠叶片等3种桨扇模型在起飞状态下出口流场的气动性能和气动声学实验结果及其相互间的对比。主要结论为:良好的气动设计不仅是提高气动性能的要求, 而且也是改善桨扇气动声学性能的有效途径;有掠度的叶片具有降噪的潜力;桨扇叶尖区采用卸荷设计有利于降噪及提高效率。      

外涵静子后掠对某风扇/增压级气动特性的影响

针对某大涵道比风扇/增压级外涵静子后掠降噪的优化设计目标,采用1种周向平均快速特性预测计算方法和3维数值模拟软件NUMECA,对其100％设计转速下外涵静子无后掠及轴向后掠22.5°和30°算例的特性曲线及流场进行了对比分析,以研究外涵静子轴向后掠对风扇/增压级特性及气动性能的影响规律.结果表明:一定程度的轴向后掠角度会使静子表面静压在叶尖处增强,而根部的叶片表面静压分布更趋均匀,风扇/增压级的外涵气动特性在裕度上无明显恶化;但严重的后掠角度则会导致叶尖叶片表面载荷显著增加,从而造成外涵的喘振裕度减小,进而影响整个风扇/增压级的气动性能.     

声学引导风洞高效低噪声风扇设计

运用任意涡风扇设计方法,进行声学引导风洞高效低噪声风扇设计。在设计过程中,通过调整叶片径向旋转系数分布优化叶片出口速度分布,通过合理匹配转子、定子数目及定子后掠角度来改善动静叶的干涉噪声。气动及声学性能试验表明,高效低噪声风扇设计点气动效率达到83.9%,相比引导风洞原风扇效率的73%有了明显的提高;高效低噪声风扇入口及出口噪声分别比原风扇入口及出口噪声低3dB（A）和2dB（A）。试验结果成功验证了任意涡设计方法在风扇气动及声学性能上的优越性。     

叶轮机械叶片弯掠气动技术研究进展

叶片弯掠技术在叶轮机械设计中的应用,使叶片通道流场的稳定性得到了明显改善,叶轮机械的工作效率得到了显著提升,越来越引起研究者的重视。结合近年来在叶片弯掠气动技术领域开展的研究,详细综述了国内外叶片弯掠技术在叶轮机械设计中的研究进展。首先,回顾了叶片弯掠气动技术的发展历程,将叶轮机械叶片的设计分为3个阶段,分别是直叶片、扭叶片和以弯扭掠为主要特征的空间叶片,并指出以弯扭掠为主要特征的第3代叶片虽然已经得到应用,但仍有很多问题还没有完全解决。然后,分析现有研究中对叶片弯掠的定义,指出其本质均是在直叶片的基础上,通过移动叶型积叠点的位置使叶片产生弯曲或扫掠的效果,进而拓展叶片的设计空间。其次,综述了叶片弯掠对流场的影响,并归纳总结其作用机理是通过改变叶片对气流的作用力在径向的分量,实现叶片载荷和流量沿叶展的再分配,进而控制低能流体微团的输运,减小二次流损失。最后,对叶片弯掠气动技术在今后的发展方向进行了展望。该研究为叶轮机械叶片弯掠气动技术的进一步研究提供参考。     

直升机用轴流风机内部流动分析

通过理论分析、数值仿真与试验比较相结合的方法,对某型直升机用轴流风机不同工况下的内部流动进行了分析.结果表明,叶轮内部相对速度分布的理论假设适用于额定工况,但不适用于小流量工况.当直升机高空飞行时,风机工作流量低于额定工况,叶顶处容易出现回流,二次流损失加剧;同时飞行高度增加还易导致边界层分离、射流-尾迹区域扩大,从而使风机效率进一步降低;低能流体的集中,促使叶轮失速往往首先从叶顶处出现.在设计直升机滑油系统用轴流风机时,应注意对其变工况性能进行研究,对影响变工况下叶轮内部流动损失的主要气动参数进行优化设计,以提高系统高空工作的稳定性.      

风扇出口导向叶片低噪声设计Ⅰ:方法与优化

作为"风扇出口导向叶片（Outlet Guide Vanes，OGV）低噪声设计"系列文章的第1篇，本文在现有压气机气动设计流程的基础上，加入了噪声评估过程，建立了基于通流设计的气动/声学一体化设计方法。为提高设计阶段的评估速度，以三维升力面理论与管道声学理论为基础，从通流设计和造型设计输出中提取参数，结合转子尾迹模型，建立了转/静干涉噪声的解析预测模型。以现代大涵道比涡扇发动机风扇/增压级为对象，采用该模型系统分析了OGV轴向掠形与周向倾斜对转/静干涉噪声的影响，获取了轴向掠形角与周向倾斜角等三维设计参数与风扇噪声的关系图谱，初步确定了低噪声设计较优降噪量的掠和倾组合方案。以此为基础，在保持叶尖子午投影位置和弦长不变的前提下，将叶片前缘和径向积叠进行参数化，采用遗传算法进一步开展了OGV的低噪声优化设计，最终获得了2个优化方案，预估的降噪量达到了8 dB。     

大涵道比涡扇发动机风扇转子叶片优化

采用掠形设计技术对一台大涵道比涡扇发动机的风扇转子叶片进行了三维优化.通过三维定常Navier-Stokes（N-S）方程计算,分析了叶片尖部及根部掠形设计参数对风扇转子性能的影响.结果表明,叶片尖部前掠和根部后掠都能增加风扇转子的堵点流量,扩大其稳定工作范围.采用叶片尖部前掠和根部后掠的组合方案优化了叶片.单转子计算结果表明,优化后叶片的堵点流量增加约2%,设计流量点总压比和等熵效率分别增加5%和2%;风扇/增压级整机内外涵联算结果表明,优化后在起飞、巡航和爬升转速下,外涵的稳定工作范围都明显增加,巡航转速下,堵点流量增加约2.3%,失速点流量减小约5.2%,设计流量点的外涵总压比和等熵效率分别增加2%和0.8%,优化后内涵特性没有明显变化.      

大涵道比风扇叶片气动优化设计

应用自动优化方法进行大涵道比风扇叶片三维气动设计,数值最优化采用遗传算法，并利用网络通讯协议实现多CPU并行优化,大幅度缩短优化耗时.对风扇叶片型面、叶片积叠线、子午面流道、叶型安装角和叶型弦长采用基于修改量的参数化方法、结合遗传算法设计参数范围限制,以达到优化过程生成个体的可控制、合理性.采用Denton黏性体积力方法进行流场计算,较大程度减少流场计算耗时，进一步缩短优化时间.以提高设计点风扇效率、保持设计点总压比和流量不变为优化目标,并对非设计点性能进行全工况校核.通过两次不同设计参数设置的优化,最终优化风扇效率由09463提高到09560；稳定裕度由112%增加到219%.最终优化风扇叶尖处激波前马赫数略有下降，且激波向通道内倾斜,因此激波及激波造成的附面层损失下降，且稳定裕度增加.      

基于任意多项式中弧线的单级高效率风扇设计

为了在压气机通流设计阶段考虑叶片弯掠效应,开发了基于流线曲率法的通流设计程序,提出一种基于四次多项式的任意中弧线叶片造型方法,并推导了任意回转面上的中弧线表达式。以此方法为基础,采用通流设计与叶片造型相互迭代的方式开展大流量跨声速风扇设计研究。此风扇级的设计点为巡航状态,设计流量为155kg/s、压比为1.54。研究结果表明:在设计状态,此风扇级的总压比为1.545,转子和级效率分别为0.939、0.916;在设计转速下,失速裕度为17%,转子和级最高效率分别为0.945、0.923;在起飞状态,流量接近440kg/s,效率与巡航状态相当,压比高于巡航状态。     

跨声速风扇叶片的静态气动弹性问题

使用时域的流固耦合数值计算方法,研究了跨声速风扇叶片在气动力和离心力共同作用下的静态气动弹性问题,分析了叶片在不同工况下的变形规律及叶片变形对整体气动性能的影响.NASA rotor 67的静态气动弹性计算说明气动力对叶片最大变形的贡献达13.07%, 而且叶片变形明显地改变了通道激波的位置和强度.宽弦空心跨声速风扇叶片的静态气动弹性计算说明叶片变形对总体气动效率的影响为0.15%~ 0.5%,其中气动力对变形贡献在叶片尖部的前缘可达41%,考虑气动力引起的变形使得该风扇的流量增大,气动特性线整体向右偏移.计算结果说明:气动力的非线性对跨声速风扇叶片静态变形问题有显著的影响,工程实践中从设计叶型到制造叶型的反扭过程应该采用流固耦合方法以得到更准确的叶型.