涡轮盘瞬态温度场的分析方法

本文首先分析一个简化涡化盘模型，得到了各边界条件参数如冷气和燃气温度，换热系数对其温度场计算精度影响大小的排列次序，据此，在原稳态工作的基础上，建立了直接利用发动机工作参数计算和分析涡轮盘瞬态温度场的原理和方法，编制了有限元计算程序，同时进行了实例验算，计算结果与实测相比，误差一般不大于１０％。     

可变容差法在航空发动机轮盘优化设计中的应用

本文将非机性规划中考虑约束条件寻优的可变容差法引入航空发动机涡轮盘的初始强度设计中。编制了以轮盘重量最小为目标函数,以轮盘各截面处的厚度为设计变量,以轮盘最小厚度及各截面强度安全储备作为约束条件的轮盘优化设计程序FTM1,对现有几种发动机的涡轮盘进行了计算。文中列举了一种轮盘的计算结果。计算结果表明,现有发动机的涡轮盘运用优化方法略加修型后在降低重量方面可以获得较为满意的结果。 文中还列出了一些关于计算方法的结论性意见,这些意见是对几种涡轮盘进行优化计算后归纳得出的,可供工程设计人员参考。     

涡轮盘及槽底瞬态温度场及应力场分析

本文提供了用有限元素法对瞬态及稳态温度场及应力场进行计算分析的方法及程序。用加权余数法直接对轴对称瞬态热传导方程求解,对空间域及时间域离散建立有限元表达式。 以现有某型发动机Ⅰ级涡轮盘为算例,计算了起动、慢车、最大、冷机和停车等各种工况下的温度场及应力场。由此得出应力最大部位与应力幅值最大的部位,而且两者并不在同一部位。而疲劳裂纹常常发生在槽底应力变化幅值最大的部位。     

基于疲劳寿命理论的膜盘联轴器型面设计

区别于传统的基于强度理论的膜盘联轴器型面设计方法,提出了一种基于膜盘联轴器动力学分析和疲劳寿命理论的型面设计方法.建立了分析膜盘联轴器应力及寿命的简化有限元模型,给出了作用在此模型上的边界条件和初始条件,建立了膜盘联轴器动静复合应力分析方法.根据动力学分析的结果,讨论了膜盘联轴器工作时,不同类型的载荷对其疲劳寿命的影响.计算对比了几种典型型面在不同复合载荷作用下的寿命;基于疲劳寿命理论对膜盘联轴器的型面设计给予评价,最后给出各典型型面的适用工况.     

整星稳态温度的热网络分析方法

本文结合我国第一颗通信卫星的温度场计算,论述了航天器热计算中的网络分析方法,给出了经过网络修正以后的250个节点的稳态计算结果,并与地面模拟试验的数据以及飞行遥测的数据作比较分析表明,计算偏差绝大部分在2～8℃范围内,此外,对今后的热设计工作提出了几点看法。     

高可靠性航空电子设备热分析中的有限体积法

阐述了热对系统可靠性的影响,对比了数值法求解温度场分布的优缺点.针对航空电子设备热分析中同时要求满足高的分析精度和快的计算速度的问题,提出用有限体积法求解温度场分布的计算方法.根据典型航空电子设备的结构特点,建立了温度场的数学模型,给出了边界条件.在此基础上,用有限体积法对待求解方程离散化,给出了离散化过程中网格划分及边界的处理方法.结合实例进行了温度场求解,计算结果与热测量结果进行了对比,得到了较高的分析精度,验证了方法的有效性.最后对计算误差进行了分析,并提出了进一步热设计的合理化建议.      

能量原理中F算子的自伴性条件

本文给出Beinstein能量积分中出现的算子F的自伴性条件,并说明该条件和系统保守性条件的区别。通常的固壁边界条件能维持系统的保守性,因而也保证了,算子的目伴性;可是活动边界条件至多只能实现F算子的自伴性。在规定边界条件时,不仅要注意实现F算子的自伴性以确保能量原理成立,而且要使边界条件具备充分的物理根据,从而赋予稳定性判断以实际意义。      

多维三次样条函数及其应用

本文将一维三次样条函数推广到多维问题，它保留了三对角矩阵方程便于求解的特性，并能得到满意的插值、一阶和二阶偏导数。关于边界条件问题，若能给出边界节点处的一阶偏导数边界条件，则精度最高，但在大多数应用问题中，往往给不出此条件。为此，本文提出一种改进方法，即用拉格朗日三点插值法由域边附近的节点数据计算出边界节点处的一阶偏导数。算例表明，此法可改善精度。     

轮盘榫齿高低周复合疲劳寿命试验研究

某二级涡轮盘榫齿在外场使用中断裂失效严重,连续发生数起二级涡轮盘甩出及叶片脱榫飞出事故.断口分析表明属疲劳和腐蚀交互作用所致,为确保发动机在外场使用的安全,对这种轮盘榫齿在高温状态下,分轻、重腐蚀2种类型进行了高、低周复合疲劳寿命对比试验研究.试验较成功地模拟了实际使用中造成榫齿损坏的主要因素,试验断口表现出明显的疲劳破坏特征,实现了盘齿故障再现,其试验成果为该发动机安全飞行提供了科学依据.      

等重量空心盘冷气布置方案

采用数值方法研究了双辐板涡轮盘(即空心涡轮盘)腔内的流动和换热结构.在空心涡轮盘与实心涡轮盘重量一定的前提下,按照转静腔和旋转腔冷气进气位置不同,提出几种组合进气方式的空心涡轮盘冷却结构,即:中心进气转静腔+中心进气旋转腔、中心进气转静腔+高位进气旋转腔、高位进气转静腔+中心进气旋转腔以及高位进气转静腔+高位进气旋转腔.计算结果表明:中心进气转静腔+高位进气旋转腔结构、高位进气转静腔+高位进气旋转腔结构与等重量实心盘及其它空心盘结构相比具有较好的换热效果,同工况下涡轮盘体积平均温度和最大径向温差在空心盘各结构中较低,但阻力损失较大.     

用一维恒温相变界面模型研究毛细芯蒸发器温度场

对ＣＰＬ毛细芯蒸发器提出了一维恒温相交界面模型：蒸发器壁、液体、蒸汽分别在横截面上的温度相同，即温度只有沿轴向才有变化；蒸发器壁、蒸汽分别和液体之间存在温度为饱和温度的汽液交界面，蒸发器壁、液体、蒸汽通过该交界面进行换热。根据此模型，应用带有特殊内热源项的一维能量守恒方程求解了温度场。在计算中估计并推荐了几个换热系数，给出边界条件后可得到蒸发器内温度场的数值解。蒸发器壁温的计算值与实验结果符合较好。     

空心阴极热特性优化研究

空心阴极常用于霍尔或离子电推进系统的电子源，其热特性对自身工作寿命和能效有重要影响。为考察工作过程中阴极的温度分布和热耗散特性，对空心阴极进行数值分析。采用等离子体流场计算数据与温度场计算数据互为输入条件，进行反复迭代的方式，计算稳态下阴极内部的温度场。为验证模型与计算代码的正确性，在真空舱内开展阴极的放电试验，利用热电偶与光学温度计对阴极5个测点进行测温，并将试验结果与计算结果进行比对。结果表明，计算的最大误差在5%以内。在此基础上，考察了不同结构、材料空心阴极内部的温度分布以及热耗散情况。当阴极整体长度由小变大时，阴极整体热耗散功率会先减小后增大，而采用发射率较高的外壳材料会提高阴极整体热耗散且降低整体温度。     

高速飞行器用射流预冷却涡轮基发动机性能模拟

根据预冷却涡轮基发动机的工作机理,建立了考虑变比热的计算预冷却涡轮基发动机性能的数学模型,编制了相应的计算软件;并以某小型涡喷发动机为例,沿飞行轨迹计算分析了射流预冷却对发动机性能的影响。从计算结果可以看出,采用喷流预冷却方式,可以大大扩展常规涡轮喷气发动机的工作范围,能够满足高速飞行器或两级入轨飞行器第一级动力装置的要求。     

准远场天线测量修正方法研究

远场测量是获得天线辐射特性的一种常用方法。然而对于一维电尺寸大,另一维电尺寸小的天线,如基站天线,由于场地因素的限制,往往不能满足远场测量条件,用近场测量又费时费力。在这种准远场条件下,天线测量结果与远场情况下的测量结果有较大差异。本文基于柱面波展开,给出了一种由准远场距离上测得的方向图计算远场的理论计算方法,经过该算法补偿后的结果与理论计算结果吻合很好,从而验证了算法的正确性。     

离心力场中的三维裂纹的J积分有限元计算

本文研究离心力场中的三维裂纹问题。在W.S.Blackburn给出的不计及离心力时的三维J积分公式的基础上,作者导出了离心力场中的三维裂纹的J积分公式为: J=integral from Γ(Wdy-T_iu_(i,1)ds)-integral from A((σ_(i3)u_(i,1),_3dA)-integral from A(F_iu_(i,1)dA) 本文将上式化为有限元表达式并研究了转换时的简化技巧;对中心含半圆表面裂纹的标准块在单向拉伸载荷作用下的J积分进行了计算和激光光弹实验;对某发动机涡轮盘的角隅裂纹进行了计及离心力的J积分计算。实践证明本文列出的方法是简便和切实可行的。     

燃气涡轮发动机转子—壳体—悬挂架系统的构造参数对于临界转速的影响

由航空燃气涡轮发动机的使用经验示明,发动机工作时所观察到的显著振动往往在与临界转速计算值大不相同的转速下出现。所以发生这种现象,主要是由于计算临界转速时通常都没有考虑到发动机壳体和悬挂架等零件的柔     

具有周期性变化的外热流航天器瞬时温度场的预报方法

具有周期性变化的外热流的航天器瞬时温度场正对应航天器进出阴影区的情形,解决该温度场的预报方法可以得到节省人力、物力、缩短研制周期的实际效果。本文在恒定外热流恒定内热源航天器瞬时温度场理论的基础上,应用与半衰期有关的X_1,X_2……(系统的固有值)的物理概念,得到X_1,X_2……与状态无关的结论;并由抛物线型方程的性质——后一时刻状态不影响前一时刻的状态,引入了准极限状态的概念,得以在对应时间间隔内使用恒定外热流的理论结果;以及由大量试验总结出的瞬时温度曲线在相对坐标中的相似性,引入了型参数的概念,从而给出了具有周期性变化的外热流的航天器瞬时温度场的预报方法。文中不仅给出了使用一个周期试验数据的预报方法,而且针对若第一个周期偏离极限状态较远的情形,给出了使用头两个周期试验数据的预报方法。试验证明该方法是行之有效的。     

准远场天线测量修正方法研究

远场测量是获得天线辐射特性的一种常用方法。然而对于一维电尺寸大，另一维电尺寸小的天线，如基站天线，由于场地因素的限制，往往不能满足远场测量条件，用近场测量又费时费力。在这种准远场条件下，天线测量结果与远场情况下的测量结果有较大差异。本文基于柱面波展开，给出了一种由准远场距离上测得的方向图计算远场的理论计算方法，经过该算法补偿后的结果与理论计算结果吻合很好，从而验证了算法的正确性。     

各向异性板界面裂纹奇异性分析

本文运用列赫尼茨基的各向异性板理论,分析了裂纹位于两种不同的各向异性材料界面的情况。在分析中选用了复变函数幂级数作为复应力函数。根据由边界条件与交界条件决定的线性齐次方程组求得特征方程及决定应力奇异性特征值,因而求得含界面裂纹的各向异性板的应力场与位移场。本文最后给出了奇异性计算的数字算例。     

龙卷风维持特性的探索

利用计算流体力学（CFD）方法建立了模拟龙卷风的装置模型。基于龙卷风在平面上的速度型,拟合成函数关系式,在三维CFD程序中设置初始速度场以及相关的边界条件,匹配不同的初始温度场进行了关于龙卷风维持和发展的一系列数值模拟。重现并利用漩涡管的Ranque-Hilsch效应以及汇流换热原理分析了本文2种不同的温度型对龙卷风内部流场变量随时间推移所发生的变化,同时揭示了龙卷风产生并维持下去的一种可能性,即冷热气流汇流换热生成温度场可能是产生和维持龙卷风的直接原因,并在此基础上提出使龙卷风削弱甚至消亡的方法,即破坏温度场。