航空发动机高压转子转速摆动故障分析与排除

针对某型发动机高压转子转速摆动故障,详细分析了油门杆稳定时地面和空中多次出现高压转子转速无规则摆动、其 他参数随动的故障现象,阐述了高压转子转速受综合电子调节器、燃油系统、转速调节系统等控制的控制原理,剖析故障机理,制 定了故障树。结合故障树,列举了进口温度感受附件、综合电子调节器、燃油系统、转速调节系统等4种故障。采用故障树分析法 找出故障原因,分析薄弱环节。经对4种故障原因逐条分析,排除了进口温度感受附件、综合电子调节器、燃油系统等因素,确定 转速调节系统中加速控制器未完全退出工作是转速摆动的原因。针对波动量较大的发动机,调整加速性至合理范围,进行地面试 车和飞行等外场排故验证。结果表明：发动机工作参数正常,高压转子转速摆动现象消失,发动机推力稳定。故障得以排除。     

串列叶片气动设计及优化

为了进一步提高风扇/压气机的负荷水平,对串列叶片进行了研究。采用理论方法分析了串列叶片相对于常规叶片的 负荷优势区间,并利用低速大尺寸压气机试验台进行了对比试验验证。结果表明：当负荷系数大于0.46时,串列叶片表现出明显 的优势,可以将负荷系数为0.46作为串列叶片优势区间的临界点。采用数值模拟方法分析了亚声速和超声速串列叶型前后排的 相互影响机制,总结了串列叶型流动控制原则和优化设计思路,给出了典型亚声速和超声速叶型的优化设计结果。结果表明：优 化后的亚声速和超声速串列叶型设计点损失分别减少了6%和20%,可用攻角范围分别拓宽了2°和0.5°。完成了负荷系数为0.4 的双级风扇串列叶片出口级方案设计论证。结果表明：与常规方案相比,在常用转速范围内,串列叶片方案的压比明显提高,中低 转速堵塞流量和等熵效率也明显提高。     

涡扇发动机配装反推力装置综合影响分析

针对概念设计阶段涡扇发动机开展反推力装置设计的需要,对加装反推力装置对总体性能的综合影响开展了初步分 析。选取大涵道比发动机CFM56为对象建立基准发动机模型,借助克兰菲尔德大学总体性能仿真软件Turbomatch,分析了其对发 动机压缩部件、涡轮及排气系统的性能影响,提出采用流动面积和流动损失作为反推力装置的设计要求。在正、反推力状态下对 发动机推力进行评估,结果表明：理想状态下发动机提供的反推力可达最大起飞推力的50%以上。为了获得涡扇发动机配装反推 力装置的不利影响,建立包括反推力装置在内的推进系统质量评估模型和价格预测模型,利用该模型对质量及成本进行了预测, 结果表明：特定条件下反推力装置的使用会导致推进系统的质量增加12%,价格增长13%。     

航空发动机试验数据管理系统设计

为了满足航空发动机试验的需求,实现内场、外场、露天台试验数据的统一管理,根据航空发动机试验体系的实际情况 以及大数据的理念,采用现代测控技术、通讯技术、数据管理和分析技术等先进手段,解决了多数据源数据的采集与融合、多类型 试验数据即结构化与非结构化数据的综合管理、试验数据的快速处理分析等关键技术难题,建立了1个基于以太网的航空发动机 试验数据管理系统,实现了对试验数据的集中管理、有效共享、合理使用和安全存储。该数据管理系统已保障多种型号航空发动 机完成了试验,结果表明：该系统中试验数据的45%为结构化数据、55%为非结构化数据,同时提供给发动机故障诊断系统、健康 管理系统、试验信息管理系统等多个系统,具有适用性强、安全性高、易于管理等特点,可以满足试验数据管理的技术要求。     

基于激波控制的S弯二元矢量喷管数值模拟

为了掌握S弯二元矢量喷管的气动性能,采用CFD数值模拟方法研究了有无二次流喷射状态下S弯二元矢量喷管激波 诱导的工作机理,以及二次流喷射位置、主流落压比和二次流与主流总压比对S弯二元矢量喷管推力系数、矢量角、壁面静压的影 响。结果表明：在二次流流通面积不变、次流与主流流量比Ws/Wp≤6%的情况下,喷管上、下壁面分别喷射二次流产生的最大矢量 角分别为22.9°和15.9°;喷射位置对矢量角有较大影响,对推力系数影响不大,随着二次流喷射位置逐渐靠近出口,矢量角先增大 后减小;射流位置固定,随着主流落压比的增大,推力系数增大,当主流落压比从2增大到6时,推力系数最多提高17.9 %,矢量角 先增大后减小;随着二次流与主流总压比的增大,推力系数整体呈单调减小趋势,矢量角先增大后减小。     

基于MBSE思想的航空发动机控制系统设计方法

在航空发动机控制系统设计开发过程中,存在需求理解偏差、需求实现描述不清晰、设计过程缺失等问题,严重影响产 品后续使用。为了构建完整、规范、准确的系统设计要求,完整描述系统设计过程,引入基于模型的系统工程思想。通过需求分析 将用户需求条目化,并对每条需求进行确认;通过功能分解,将复杂系统模块化;利用功能描述将需求量化、图形化,明确各项功能 的具体行为;在要求制定过程中引入数据流管理,将整个系统设计过程有机结合在一起。结果表明：采用基于模型的系统工程思 想构建满足产品研发的控制系统正向设计方法,实现了顶层需求的100%覆盖和追溯,可将模糊的需求通过建模方式具体化、显形 化。通过N1测量对设计方法进行了验证,表明该方法可用于工程设计。     

第3代新型低碳高合金钢弧齿锥齿轮失效分析

在中央传动调试试验中发生主动弧齿锥齿轮轮齿断裂故障,并连带其他部件产生不同程度损伤。主动弧齿锥齿轮整个圆周的接触印痕偏向小端一侧、靠近齿底,从动弧齿锥齿轮接触印痕分布在小端齿顶部位,印痕已不完整、局部超出工作面。为了排除15Cr₁₄Co₁₂Mo₅Ni₂钢弧齿锥齿轮试验中发生的断裂故障,对齿轮进行宏观检查、断口分析、组织检查、硬度测试、成分分析、啮合印痕仿真分析与验证,确定了故障齿轮断裂的性质和产生原因。结果表明：主动弧齿锥齿轮为高周疲劳断裂,疲劳起源于小端面与齿凸面根部转接棱角部位,与材质与冶金缺陷无关;在工作过程中存在异常咬合是导致该齿轮产生早期疲劳开裂的主要原因。建议优化齿面加工参数,提高齿轮工作过程中的咬合质量,从而避免此类故障再次发生。     

宽弦空心风扇转子叶片鸟撞损伤数值仿真

为解决航空发动机宽弦空心风扇转子叶片抗鸟撞设计问题,对宽弦空心风扇转子叶片鸟撞损伤进行了数值仿真。采用光滑质点流体动力学（SPH）算法建立鸟体模型,采用J-C本构模型和失效模型定义材料冲击下动态性能,建立旋转状态下叶片鸟撞数值仿真方法,经过试验验证能够较准确预测叶片损伤。开展相同条件下鸟撞击宽弦空心和实心风扇转子叶片仿真,对比鸟撞击叶片过程、撞击时叶片叶尖最大轴向和径向变形、撞击后叶片永久变形,研究被鸟撞击后空心叶片相比实心叶片的损伤特征。结果表明：空心和实心叶片鸟撞击过程相同;空心叶片被鸟撞击后叶尖轴向和径向变形更小;空心叶片被鸟撞击后前缘卷边变形更严重,对风扇气动性能和稳定性影响更大;在结构设计时应适当增加前缘空心区域局部刚度,或者适当增大前缘实心区域范围,用于提高空心叶片的抗鸟撞能力。     

考虑安装误差的GTF星型齿轮传动系统均载特性影响规律

作为下一代民用航空发动机主要发展方向之一的齿轮传动涡扇发动机（GTF）,其引入了星型齿轮传动系统,为探究安装误差对星型齿轮传动系统均载特性的影响规律,基于商用软件建立GTF星型齿轮传动系统刚柔耦合动力学模型,以均载系数为考查指标进行仿真分析。分别考虑太阳轮、齿圈安装误差对系统的影响,并引入柔性支撑刚度改善载荷分配不均的问题,系统地分析其影响规律。结果表明：在健康工况条件下,各啮合副接触力分布均匀,系统的均载特性良好;随着安装误差的增大,均载系数呈增大趋势,内、外啮合副均载系数较健康工况下的最多增大了21.1%和21.4%,系统的均载特性变差;通过添加柔性支撑并调整支撑刚度,内、外啮合副的均载系数减小到1.00952和1.00187,系统均载特性趋于合理,基本改善了载荷分配不均的问题。