某燃气发生器地面台架试车性能分析

针对某国产燃气发生器特点采用工艺喷口模拟动力涡轮流通能力，测取试车性能数据；进一步分析径向间隙，喷口面积变化对燃气发生器各性能参数的影响，为准确计算动力涡轮的焓降和输出功率提供了技术依据。     

低燃速贫氧推进剂燃气发生器点火起动影响因素研究

为了探索点火能量、燃速、级配及粒度、点火建压速率等因素对冲压发动机燃气发生器点火起动性能的影响,针对采用低燃速贫氧推进剂的燃气发生器点火起动的影响因素进行了研究,在地面直连式试车台上采用全尺寸燃气发生器进行了多次点火起动性能试验。试验结果表明:燃气发生器点火器点火药量提高20%,点火起动时间提高62.7%。低燃速贫氧推进剂燃速从2.3mm/s降低到1.6mm/s,点火起动时间降低43.6%,在低温-40℃条件下的点火起动时间为0.0895s。低燃速贫氧推进剂氧化剂AP平均粒径由193μm增大到201μm,燃气发生器点火起动时间降低36%。在低温-40℃条件下,喷口堵片优化后的点火起动时间为0.0879s,满足快速起动要求。采取措施解决了低燃速贫氧推进剂燃气发生器点火起动困难的问题。     

燃气轮机高速动力涡轮气动设计及试验

基于30 MW级燃气轮机增压机组动力涡轮设计要求及其研制特点、难点,在注重强度寿命的前提下开展了高速动力涡轮及排气系统的气动设计。完成了两级高速动力涡轮的一维方案设计、叶片造型设计和排气系统设计,并进行了准三维分析和全三维流动评估。动力涡轮直接串装燃气发生器,开展了燃气轮机整机工厂性能试验。试验结果表明:该动力涡轮气动效率和排气段总压恢复系数均超过指标要求,燃气轮机整机热效率超过设计要求0.6个百分点。     

涡轴发动机性能在线监测技术研究及试验验证

研究了基于模型的涡轴发动机性能在线监测技术,开发了涡轴发动机性能在线监测软件,并进行了真实台架试车试验验证.试验结果表明:软件能够自动判断发动机是否已进入准稳态工况,并根据当前的大气条件、燃气涡轮转速、动力涡轮转速,实时计算发动机其它状态量与性能量,如压气机增压比、动力涡轮前温度、轴输出功率、耗油率等.与模型计算结果相比,被试发动机压气机增压比稳态测量值最大偏低2.3%左右,反映了被试发动机与基准发动机之间的性能差异,验证了涡轴发动机地面台架试车性能在线监测技术的有效性.      

吸气式涡轮冲压发动机性能模拟及验证

为验证吸气式涡轮冲压发动机(ATR)模型的精度,参考国外公开的试验数据,对现有ATR模型进行了修正.使用修正后的模型模拟了ATR节流性能和过渡态性能.计算结果和试验数据对比表明:高换算转速条件下的计算结果与试验结果相对误差在1%以内;低换算转速条件下,由于燃气发生器燃气性质和燃烧室出口燃气性质不准确,相对误差有所增加,但未超过5%.全换算转速范围内各参数变化趋势相同.对比结果表明该ATR模型可以很好地模拟ATR慢车以上工况的性能,同时证明了现有ATR模型的可靠性和合理性.      

不同燃料对涡轮增压器试验的影响

利用理论分析和试验方法对燃气发生器采用不同燃料时其涡轮性能的影响进行了研究.结果表明:在涡轮试验中,醇类燃料由于溶水度的随环境而变化,得到的涡轮特性是不定数;采用醇类燃料,其燃烧产物对涡轮部件增加额外的腐蚀,造成涡轮部件安全隐患;采用汽油为燃料进行涡轮试验,可以得到确定的涡轮特性,其试验结果可以为改进涡轮性能提供依据.      

液体火箭发动机涡轮泵耦合分析

为提高液体火箭发动机工作可靠性,防止灾难性故障发生,避免其涡轮泵旋转频率与燃气脉动频率耦合,对涡轮泵的激励传递途径进行建模分析研究得出了发生器燃气压力脉动是重要激励源的结论。通过构造涡轮盘旋转频率与激励的耦合准则,计算得到了发动机涡轮泵工作时存在的耦合转速区,并对发动机热试车耦合情况进行了分析验证并得到了一致结论。      

基于Modelica和Dymola的航空发动机燃气发生器的建模与性能仿真

基于对压气机、涡轮与燃烧室共同工作条件的分析,建立了1种快速简便的单轴燃气发生器性能仿真模型;用Modelica语言和Dymola编译器实现了单轴燃气发生器的性能仿真,验证了该模型的有效性。结果表明:该模型能够模拟单轴燃气发生器的性能,并能实现非设计转速小流量工况下的性能仿真。     

燃烧室温度计算方法分析及应用

介绍了航空发动机燃烧室出口温度常用的两种计算方法，结合批产某型发动机试车数据进行计算，对两种计算结果进行对比分析。用涡轮流量法对某燃气发生器的燃烧室出口温度进行计算，其结果与外方给的数值基本一致。提出用涡轮流量法计算燃烧室出口温度较切合实际，为发动机寿命评估及其工作可靠性提供依据。     

燃气轮机动力涡轮热负荷机械运转试验方法

阐述了利用工厂动力设备,在非专用试验车台上,进行兆瓦级大功率工业燃气轮机动力涡轮工厂检验性试车的方法。采用空气管路连接动力涡轮进气口与排气口,构成密闭闭环回路,利用电动机驱动动力涡轮运转,涡轮叶片搅动空气使其升温,实现了热态空负荷机械运转的试验状态,达到了在额定工作转速下进行机械磨合运转试验,和在一定温度下对动力涡轮进行热态检验试验的目的。本方法对其他型号动力涡轮试车具有重要参考价值。     

Assessment of converting approach to efficient design of micro-turboprop engines

The design, manufacture and experiment of a shaft power unit for converting a micro-turbojet engine to a micro-turboprop in the class of less than 20 kW with the aim of obtaining maximum shaft power were described in this study. For this purpose, a Wren100 micro-turbojet engine was used as the gas generator, and the specifications of its outflow were measured. The optimal configuration of the inter-stage diffuser, which was an annular S-type diffuser, was selected based on its small total pressure drop and outlet flow uniformity. The power turbine was a single stage axial turbine that was designed based on the fixed nozzle angle assumption without any taper or twist in its stator. The turbine rotor was a bladed disk (Blisk) in which its unique blade profiles were designed based on the Wilson method. Subsequently, the shaft power unit was completed by designing and manufacturing an exhaust complex and gearbox. Finally, the micro-turboprop engine was tested with an overloading propeller. The results show a significant increase in the extracted power, an acceptable efficiency of the power turbine, and a significant reduction in the Specific Fuel Consumption (SFC) compared to other engines that use similar gas generators.     

涡轴发动机双回路PI控制器多发功率匹配

为了应对多个发动机共同驱动同一直升机时,单个发动机性能衰退所引发的输出功率不平衡问题,以控制2个转子转速的双回路结构PI控制器为基础,将外回路改为直接功率控制回路,搭配能够计算旋翼在一定转速下需求功率的机载模型,构建了1种涡轴发动机多发功率平衡匹配控制系统.内回路分别采用燃气发生器转子转速控制回路和动力涡轮转子转速控制回路,得到参数不同的控制器并进行了仿真验证和对比.结果表明:所设计的双回路PI控制器能够在保证涡轴发动机动力涡轮转速恒定的同时,使性能衰退程度不同的2台发动机输出相同的功率.     

不同气体喷嘴的燃气轮机燃烧室性能对比

将原型使用-10#柴油的燃气轮机燃烧室改为使用天然气燃料的燃烧室,遵循对原型机改动量最少的原则,只对燃油喷嘴做改动设计,其余部分不做改动。为了解改型机的喷嘴与燃烧室的匹配特性,设计了三种不同孔径的天然气喷嘴（气体喷嘴开孔大小决定了燃料的喷射速度、燃料的浓度分布,进而影响燃烧室的燃烧性能）,并在改型机上进行燃烧性能试验研究。试验结果表明:改烧天然气后,设计状态燃烧效率增加,但出口温度分布有所变差,而对壁面温度分布影响不大;通过对燃烧性能进行对比分析,天然气3＃喷嘴的综合燃烧性能最优。      

固体推进剂吸气式涡轮发动机控制规律与特性

建立了用于控制规律研究的单变量控制和双变量控制的固体推进剂吸气式涡轮火箭发动机(SPATR)特性计算模型,并编制了相应的计算程序。计算模型中采用了以试验数据为基础的燃烧室出口总温计算方法。利用程序分别计算了燃气流量不可调、燃气流量可调、尾喷管喉部面积可调以及燃气流量和尾喷管均可调的不同控制规律的SPATR发动机速度特性,并分析了其特点。对SPATR发动机进行了双变量控制规律设计,得到了相应的燃气流量调节比和尾喷管喉部面积调节比。计算结果表明,按照所设计的双变量控制规律进行控制,SPATR具有很宽的飞行包线和更好的推力特性和比冲特性。     

燃机发电机组控制中现场总线技术的发展

综述了燃机发电机组控制中现场总线技术的发展,指出了燃机传统控制结构中存在的问题以及现场总线控制技术的特点,阐述了用于现场总线控制的组态软件的发展,论述了现场总线技术在燃机控制中的应用,最后,对我国燃机动力工程应用现场总线控制技术提出了建议。      

考虑环境温度变化时燃气轮机控制策略优化选择

针对某型简单循环三轴燃气轮机,基于面向对象的建模理念,运用模块化建模方法,建立了三轴燃气轮机的热力学模型,开展了环境温度变化时的稳态性能仿真。在1.00和0.35两种工况下,分析了四种不同控制策略下,环境温度对燃气轮机重要监控参数及装置的比功率、热效率等的影响,并将计算结果与燃气轮机台架试车实际数据进行了对比分析。结果表明:不同控制策略及不同工况下,环境温度对三轴燃气轮机的影响程度不同,需要综合考虑相关因素,以选择相应的控制策略。     

带级间燃烧的涡轴发动机性能仿真

为了分析涡轮级间燃烧技术对常规涡轴发动机性能提升的潜力,针对两种带级间燃烧的涡轴发动机性能方案,分别建立了部件级稳态性能计算模型,并通过仿真对比分析了级间燃烧室不同温升及总压损失条件下发动机的整机性能,结果表明:级间燃烧室总压恢复系数和温升对单位功率和总功率影响较大,当级间燃烧室总压恢复系数为0.95、温升为200K时,保持进口空气流量不变,涡轴发动机单位功率和总功率增加17%,耗油率增加约11%;在高的级间燃烧室温升条件下,适当增加动力涡轮导向器面积,改善涡轮流通能力,有利于进一步提高整机功率,降低动力涡轮前温度;两种方案对比,在涡轮过渡段设置级间燃烧室空间上更好布置,性能上更占优势.      

Numerical analysis for impacts of nozzle end-clearances on aerodynamic performance and forced response in a VNT turbine

It has been well known that nozzle end-clearances in a Variable Nozzle Turbine (VNT) are unfavorable for aerodynamic performance, especially at small openings, and efforts to further decrease size of the clearances are very hard due to thermal expansion. In this paper, both the different sizes of nozzle end-clearances and the various ratios of their distribution at the hub and shroud sides were modelled and investigated by performing 3D Computational Fluid Dynamics (CFD) and Finite Element Analysis (FEA) simulations with a code of transferring the aerodynamic pressure from the CFD results to the FEA calculations. It was found that increasing the size of the nozzle end-clearances divided equally at the hub and shroud sides deteriorates turbine efficiency and turbine wheel reliability, yet increases turbine flow capacity. And, when the total nozzle end-clearances remain the same, varying nozzle end-clearances’ distribution at the hub and shroud sides not only shifts operation point of a VNT turbine, but also affects the turbine wheel vibration stress. Compared with nozzle hub clearance, the shroud clearance is more sensitive to both aerodynamic performance and reliability of a VNT turbine. Consequently, a possibility is put forward to improve VNT turbine efficiency meanwhile decrease vibration stress by optimizing nozzle end-clearances’ distribution.     

一种微型涡轮发动机导向器改进方案

为了提高发动机性能,克服微型涡轮发动机(MTE)的尺度小等因素导致其导向器内流动损失大的缺点,采用了整体叶片式导向器设计技术对某MTE-C微型发动机涡轮导向器进行了改型设计.首先采用NAPA软件对MTE-C微型发动机的整体叶片式导向器进行数值模拟,通过流场分析得到了原型导向器设计中导致流动效率低下的不足之处,并以此为理论依据,对导向器进行了改进.改进型导向器的整级数值模拟结果表明,涡轮在设计点的效率提高了15%, 且在宽广的工作范围内其通流能力和效率均得到了明显的提升.      

某重型燃气轮机燃料喷嘴工作特性试验研究

对某重型燃气轮机燃料喷嘴的工作特性进行了试验研究.主要测定了该燃机喷嘴组在1.0MPa压力下工作时每个喷嘴的流量特性,通过数码照相和计算机图像处理测定各喷嘴的喷雾锥角,利用相位多普勒粒子分析仪(PDPA)和激光多普勒测速仪(LDV)测量雾化粒度SMD.分析试验结果,得出了一些有重要价值的数据和结论,为燃机喷嘴的研制和改进提供了重要依据.