局部进气冲击式压力级涡轮设计优化研究

依据液体火箭发动机涡轮泵原理,建立了两级局部进气冲击式压力级涡轮的设计方法。该方法可以根据涡轮进出口边界条件、转速和结构尺寸等参数,完成涡轮的一维设计,并输出叶型的几何数据和流动性能参数,再结合三维数值模拟进行验证。按照涡轮总体设计要求,完成了某小流量高压比涡轮的原始设计,根据三维数值模拟的结果,对原始设计的涡轮叶型进行了优化,涡轮效率提高了2%。在全周结构上进行了三维数值模拟验证,优化后的两级局部进气冲击式压力级涡轮满足涡轮总体设计要求。     

基于转子动力学特性分析的局部共振诊断研究

建立了支承局部共振动力学模型,给出了利用振动数据进行局部共振频率预测的方法。进行了转子动力学试验,试验转子含有2个盘和2个支承并固定到柔性摆架上,试验中出现单个支承外传力超限,但盘的振动位移幅值较小,且有上升趋势的现象,符合支承局部共振的特征。利用局部共振频率预测方法对振动数据进行处理,得到了理论预测的局部共振频率。进行了模态试验,得出的局部共振频率与理论预测吻合,同时也验证了局部共振诊断。结合模态振型对摆架进行了改进,改进后,消除了该处局部共振。     

多级涡轮气热耦合仿真性能及强度对比研究

航空航天发动机中,涡轮工作环境恶劣,承受流动传热耦合作用下强烈的热冲击,其结构强度问题十分突出。分别采用气动仿真和气热耦合仿真对某多级涡轮结构开展气动和强度性能仿真研究,提取相应的热边界条件进行涡轮盘结构强度有限元计算。结果表明:两种分析方法得到的涡轮气动性能十分接近,但涡轮盘表面的温度分布存在较大差异,计算得到的径向变形偏差达16%,等效应力偏差达50~100 MPa,气热耦合仿真结果更为可靠。     

结构变形对斜流压气机性能的影响研究

采用基于有限元的结构静强度分析和CFD全三维流场仿真手段,对某斜流压气机工作状态下结构变形和变形后的气动性能进行研究,结果表明:提出的数值仿真流程能够有效模拟压气机工作状态下结构变形对气动性能的影响,从而为发动机系统参数平衡提供数据支撑;压气机叶片前缘顶部刚度小,变形量大,但对叶轮气动性能影响较小;叶轮尾缘边径向变形对压气机增压能力影响显著;顶部泄漏间隙的变化对压气机效率产生影响.     

多场环境下涡轮盘的强度与振动安全性仿真优化研究

涡轮盘作为发动机的关键部件,工作在高温、高负荷、高转速及大振动的环境中,由强度与振动问题引起的轮盘破坏是发动机的常见故障之一.本文采用气热固耦合的方法,对某发动机一级涡轮盘进行有限元结构与模态仿真,并采用相应的静强度与振动准则进行安全性分析.结果表明,轮盘中心孔处的静强度安全余量较小,且二节径、三节径耦合频率与工作频率的避开率小于10％,工作时存在共振危险.经过结构优化,将轮盘厚度增加25％,同时根部局部加厚,中心孔处应力水平显著降低,各节径耦合共振频率的避开率均大于20％,涡轮盘的安全性满足要求.