旋转楔形通道流动与换热特性的数值研究

为了模拟涡轮叶片尾缘冷却通道的流动换热特性,建立了带侧向出流的旋转楔形冷却通道的数值模型,采用k-ωSST两方程模型研究了流动与旋转对于楔形通道内换热分布与不同出口冷气出流比例的影响。在静止情况下,由于沿程侧向的冷气出流,换热沿程降低。而旋转压缩了通道顶部内侧区域的流动滞止涡,导致内侧区域的换热显著增强。静止情况下沿程冷气出流占比不断提高,但雷诺数的影响有限。随着旋转数的提高,通道冷气出流比例受到旋转离心力的主导作用,前半段冷气出流比例下降,后半段出流比例上升,在50%径向高度位置为平均值。在大旋转数下(Ro0.4),通道前半段冷气出流比例逐渐下降为0。通道安装角度的变化对冷气出流比例的影响有限。     

航空发动机整体叶盘结构刚度的多目标优化

针对航空发动机多级整体叶盘结构在工作过程中变形过大的问题,以参数化结构的多目标优化数学模型为基础,对代理模型生成的响应面进行遗传算法寻优,获取控制条件下的最佳刚度结构,并根据响应面的局部敏感度结果改进了结构方案。结果表明:运用多目标遗传算法能够有效实现多级整体叶盘的刚度优化,最终在控制质量仅增加10.5%的前提下,使最大轴向变形减小28.8%,最大总变形减小1 5.8%;提出的改进结构方案有效改善了结构的抗变形能力,进一步提高了结构的刚度优化潜力。     

基于功率保持的辅助动力装置引气性能计算模型

以带负载压气机辅助动力装置(APU)为对象,分析了其结构特点与工作原理,针对目前工程上常用的APU引气性能计算模型的不足,建立了基于APU与空气涡轮匹配的总体性能数学模型和负载压气机变几何部件特性插值模型。在此基础上,研究了APU功率调节规律,获得了轴功率负载、APU涡轮前温度、排气温度与负载压气机进口导叶角度之间的匹配关系,进而实现了APU全包线内和全工况下的引气性能计算。利用GTCP131-9A试验数据对模型进行了验证,结果表明:引气流量计算误差小于3%,引气压力计算误差小于4%;功率保持下的APU涡轮前温度限制值仅与轴功率负载大小有关,与进气温度无关。研究结论对于带负载压气机APU总体性能计算和调节规律设计提供了参考。      

自适应处理机匣在多级轴流压气机中的应用

设计了一种环腔导流片式自适应处理机匣,采用定常数值方法研究了不同导流片形式对亚声多级轴流压气机流场的影响。结果表明:导流片与转子弦向垂直时的处理机匣减弱了叶尖前缘溢流强度,抑制了间隙泄漏流发展,提高了转子叶尖通道的流通能力,使得压气机在0.8倍设计转速以上特性基本保持不变的同时,大幅度提高了低转速的稳定裕度,其中0.7倍设计转速时近失速点总压比增大10.2%,近失速流量拓宽8.5%,体现出较好的自适应扩稳能力。      

组合压气机气动优化设计与试验验证

以轴流-离心组合压气机为研究对象,根据机械加工改铸造加工节约生产成本的改进目标,对离心叶轮和径向扩压器进行优化设计。全三维数值仿真结果表明,优化设计方案提高了该组合压气机的性能和喘振裕度,达到了优化设计目标。优化设计虽然恶化了离心叶轮与径向扩压器尖区流动,但对离心叶轮叶中及以下区域和后排通道内流动的改善较明显,且对前面的轴流级叶排内部流动基本无影响。试验验证表明,优化设计压气机的性能满足设计指标要求,优化设计技术得到充分验证,为后续类似设计积累了经验。     

含天然与人工内部缺陷轮盘裂纹扩展特性对比分析

为达到应用人工内部缺陷获得轮盘裂纹扩展特性，开展了含天然与人工内部缺陷轮盘高速旋转低周疲劳裂纹扩展对比试验，并通过无损检测分析、断口分析研究了裂纹扩展特性的差异，提出了含人工缺陷轮盘损伤容限分析思路。无损检测更易识别人工内部缺陷的特征及其变化；人工缺陷区呈碎裂状，有大量的晶间断裂，与天然缺陷区有明显差异；非缺陷区两者无明显差异。天然与人工缺陷区的裂纹扩展速率分别为0.2-0.4μm/次、0.6-1.2μm/次，均远大于基体材料理论值；1#盘加载突变区外断口反推寿命与第二加载阶段循环数的最大误差是12%；2#盘缺陷区外断口反推寿命占总循环数的44.9%-51.9%。基于人工缺陷区定义初始裂纹，排除人工与天然缺陷差异的影响，可获得轮盘裂纹扩展特性。     

低压涡轮铸造叶片几何不确定性统计

精铸涡轮叶片的几何偏差诱因较多，几何偏差的统计对认识偏差来源及统计建模、评估叶片几何精度等均具有重要意义。首先初步分析千套低压涡轮真实叶片几何偏差的基本特征，通过主元分析提取偏差模态并识别主要偏差来源，发现该涡轮叶片存在明显的偏移、扭转和叶型误差。之后介绍一种基于优化策略的高效高精度叶片几何偏差分解方法，分离出偏移误差、扭转误差和叶型误差，统计发现总体几何偏差的概率密度函数（PDFs）接近高斯分布。最后对叶型误差进行统计分析并发现相对于真实叶片，偏差分解后叶型轮廓度误差的统计均值和标准差均明显下降，叶片合格率明显上升；此外，通过叶表特殊位置的轮廓度统计发现叶型轮廓度的概率密度函数也近似满足高斯分布。     

带柔性过渡段悬臂动力涡轮转子动力学研究

针对涡轴发动机带柔性过渡段悬臂动力涡轮转子动力学开展了系统的计算分析和试验研究。建立了转子的有限元分析模型,对临界转速、振型和稳态不平衡响应进行了计算分析。在高速旋转试验器上开展了全转速范围内的动力特性和高速动平衡试验,以及慢车转速下5 min的振动考核试验,在整机台架上进行了发动机试车。验证了转子良好的振动特性以及轴向环下润滑设计和临界转速设计的合理性,提出了1号平衡凸台轴向位置的优化方案和试验转接段的改进方案。为发动机实现转速达标提供了强有力的保证,具有重要的工程应用价值。     

航空高速锥齿轮行波共振的噪声与动应力测试研究

为了获取涡轴发动机附件传动齿轮工作状态下的振动特性,采用声波导管的噪声测量方法和应用电阻应变计测量齿轮动应力的技术,得到了齿轮行波共振转速和频率以及全转速范围的动应力数据。试验结果表明:声波导管的噪声测量方法能够准确测量齿轮的行波共振转速及频率,行波共振时电阻应变计能够准确测量出齿轮动频;被测锥齿轮在运行转速范围内存在多个节径行波共振,最大分频动应力在五节径后行波处,幅值约为115MPa。     

双级轴向旋流杯气量比对雾化性能影响的试验

为探索小状态下改善雾化性能的途径,从调节旋流杯气量分配的角度出发,对不同一、二级气量比的双级轴向旋流杯开展了试验研究,获得了气量比对液滴平均直径、液滴尺寸分布指数以及喷雾锥角的影响规律。试验结果表明:气量比的增大不仅降低液滴平均直径,而且使得旋流杯在较宽的供油压差范围内都具有良好的雾化品质,可实现小状态下雾化性能的改善。旋流杯喷雾锥角随气量比的增大而增大,随供油压差的增大而增大并逐渐趋于稳定。旋流杯总气量恒定时,气量比接近1时的综合雾化性能最佳。