航空发动机管路流固耦合振动的固有频率分析

为研究流体哥氏力和管路参数等因素对航空发动机管路固有振动频率的影响规律,采用Galerkin方法建立了管路流固耦合数学模型,并通过复特征值分析得到了系统的固有频率。通过将采用Galerkin方法的计算结果与试验测试数据进行比较,验证了Galerkin方法的正确性;给出了试验管路的临界流速,并研究了流体哥氏力和管路截面尺寸对系统固有频率的影响。结果表明:试验燃油管路实际流速远小于发生屈曲失稳的临界流速;哥氏力对不锈钢和钛合金2种管材燃油管路固有频率的影响很小;相同壁厚管路,外径越小,流固耦合对固有频率的影响越大。     

HB与ISO标准中锥齿轮轮齿弯曲疲劳强度计算标准比较

为正确评估不同标准中的轮齿强度计算结果，分析和比较了航空工业标准（HB）与国际标准化组织（ISO）标准计算锥齿轮轮齿弯曲疲劳承载能力。通过计算方法比较和实例计算对比2种途径，找出了2种标准计算公式的差异、修正系数种类和取值上的差异，及其对计算结果的影响。结果表明：2种标准考虑的影响因素不同，ISO标准相较HB考虑的因素更为全面，特别是在动载系数、应力修正、尺寸系数等参数计算上存在较大差异，使得采用ISO标准计算齿根应力基本值更小，齿根应力与许用齿根应力更大；ISO标准中提供的动载系数根据转速区域的不同采用的计算公式不同，提供的尺寸系数考虑了不同组织和热处理工艺对系数取值的影响，对计算结果更有指导意义。     

航空发动机闭环起动系统设计及试验验证

针对某型航空发动机在使用过程中存在的地面起动性能不佳、需要频繁调整和空中起动边界较小的问题，提出一种在 开环起动系统的基础上叠加供油修正系统后形成闭环起动系统的方法。在保证燃油接口不变的约束下，通过借用原有油源及增加电液转换指令相结合的方式改进设计了一种带燃油流量修正功能的起动装置，利用数字电子控制器的计算能力，采用基于转速升高率的PID控制算法实现了发动机的闭环起动。结果表明：在平原机场地面起动成功率达到99.8%，在高原机场地面起动不经调整或经过1次适应性调整就能保证发动机可靠起动，空中惯性起动包线左扩100 km/h，空中风车起动包线左扩50 km/h，大幅度提高了发动机的起动成功率，有效减少了因大气温度或海拔高度变化进行调整的工作。     

航空发动机多部件3维性能联合仿真探索验证与展望

航空发动机各部件在单独进行3维仿真时,其流道气动参数和部件性能参数与总体匹配设计值之间通常存在一定的偏 差,为减小部件仿真与总体设计值之间的差异,将工程设计应用较为广泛的总体性能程序和各部件3维模型相结合,开展各部件3 维模型在整机匹配约束条件下考虑部件之间相互影响的性能联合仿真,探索了多部件联合仿真方法,建立整机3维仿真架构,通 过整机3维仿真获得了航空发动机多部件内部及部件间界面流动情况。仿真结果表明：主流道流场参数相比单部件3维仿真更加 接近设计值,与设计值之间的偏差量不超过4%,满足工程应用要求。提出了整机匹配约束下航空发动机多部件3维性能仿真技 术发展思路。     

天然气氧化特性的实验与数值计算

在流动管反应器中对压力为0.1 MPa、温度范围为500~1 850 K、当量比分别为0.5、1.0与3.5的工况条件下天然气（90%甲烷/7%乙烷/3%丙烷，体积分数）的氧化过程进行了实验测试。同时，通过全局敏感性分析方法，构建了天然气的简化反应动力学机理（38组分和149反应），并对天然气的氧化特性进行了数值计算。结果表明：随着当量比增大，燃料发生氧化反应的起始温度与终止温度逐渐升高，CO生成与消耗完全对应的反应温度逐渐升高，NO的生成量逐渐降低。天然气的简化反应机理可以很好地预测天然气氧化过程中主要组分摩尔分数随温度变化的整体趋势；但是在C₃H₈、C₂H₂、NO、NO₂的起始反应温度或摩尔分数峰值的预测上与相应实验值存在差异。     

阻尼环在整体叶盘结构中的减振应用

随着整体叶盘结构在航空发动机中的广泛应用，其抗高周疲劳能力设计愈发重要。为了提高整体叶盘结构的减振能 力，以风扇整体叶盘模型试验件为研究对象，设计了2种安装在缘板下方的阻尼环，阻尼环与槽道之间通过摩擦碰撞的方式来消 耗振动能量，从而降低结构振动响应。通过谐波平衡法开展了阻尼减振效果分析，获得了在不安装阻尼环、安装长方形截面阻尼 环和安装圆形截面阻尼环3种工况下的相对响应幅值。通过采用自由振动衰减法在不同叶片上进行敲击，测试获得3种工况下风 扇叶盘前4阶模态对应的阻尼特性。结果表明：在相同激励下，不安装阻尼环、安装长方形阻尼环和安装圆形阻尼环的相对响应 幅值分别为0.126%、0.98%和0.168%，圆形阻尼环具有较好的减振效果，与试验结果吻合较好。说明在配合关系合理的情况下，阻 尼环与配合槽道摩擦接触消耗能量，降低了风扇整体叶盘的响应，增大了叶盘的低阶阻尼比。研究结果对工程上整体叶盘结构减 振设计具有一定的参考价值。     

核心机压气机进口可调静子叶片角度控制规律

核心机试验进气范围宽，从常温常压状态到加温加压进气状态，进行进气温度和压力调节的同时给核心机带来大量的 过渡态工作过程，对核心机气动稳定性提出了较高的需求，通过压气机进口可调静子叶片角度（α2）的调节可以有效提升稳定裕度，需要设计出合理的压气机α2规律来保证核心机的试验安全。为了研究压气机进口可调静子叶片角度控制规律，以整机大量试验数据为基础，以发动机相似原理为理论依据，分别在核心机稳态、加速和减速等不同状态下开展核心机与整机压气机进口可调静子叶片角度控制规律对比研究。结果表明：最终确定的压气机α2稳态规律与整机的n2R25-α2控制规律相同，遵循在加速过程中稳态基础上偏关2°、在减速过程中稳态基础上偏关5.5°的控制规律，确保压气机在试验过程有较好的稳定裕度，保证试验安全。     

基于振动抑制的发动机进气畸变耙研制

针对航空发动机进气流场压力畸变测试需求，基于耙臂的振动抑制，首次采用浮动内环连接结构，研制了一种发动机进气畸变测试耙。强度计算结果表明，所设计的进气畸变测试耙的动、静强度均有足够的储备裕度。测频试验和动应力测试试验结果表明，内环与耙臂连接结构对进气畸变测试耙整体振动抑制效果明显。进气畸变测试耙工程应用效果良好，可满足发动机进发匹配以及进气逼喘试验的需求。     

时滞反馈下高速磁悬浮轴承转子系统的稳定性分析

为了分析机电系统中的微小时滞对于高速磁悬浮轴承转子系统动态特性的影响，采用数值方法讨论了系统周期解稳定 性切换问题及振动响应特性随时滞的演化规律，通过Floquet 乘子判断系统周期解的稳定性，对于磁悬浮轴承系统计算出了不同 工作转速下转子系统失稳的临界时滞，并进行了仿真验证。结果表明：在转速较低的情况下，引起转子系统失稳的时滞大小都在 毫秒级，远远高于一般机电控制系统中可能出现的时滞；当转速升高时，微小时滞对于转子系统稳定性的影响更为显著，当转速升 高至约18000 r/min时，失稳时滞缩短至只有60 μs，当转速升高至60000 r/min时，转子系统在时滞约为19 μs的情况下就会出现失 稳。因此在高速磁悬浮轴承系统设计时要充分考虑时滞的影响，以保证系统设计的稳定性。     

模拟板全尺寸吹风试验技术

为了对某航空发动机流场畸变模拟板进行设计验证和修型，需要对其进行吹风试验，测取其在一定板后马赫数下的压 力分布。为此，通过进气和引射相结合的方式，在某试验设备上开展了模拟板全尺寸吹风试验，并进行了模拟板全尺寸畸变吹风 试验技术研究。针对模拟板板后马赫数计算方法、板后AIP稳态总压测点布局、板后测点小角度偏斜、板后测点轴向位置以及物 理/换算流量对畸变度的影响进行了试验。结果表明：在非回流区内板后马赫数采用总静压法进行计算的结果更接近真实值；板 后AIP稳态总压测点布局、测点轴向位置对畸变度测量有影响；板后测点小角度偏斜对畸变度测量基本无影响；综合压力畸变指 数随着换算流量的增大逐渐增大；在换算流量相同时，综合压力畸变指数不随物理流量的变化而变化。