轴流压气机低转速特性表达方式的改进及应用

针对常规压气机特性图在低转速区域适用性较差的问题,首先给出一种改进的轴流压气机特性表达方法,在特性模型中用基于出口气流参数的换算转速代替基于进口气流参数的换算转速。然后将这种改进应用于压气机低转速特性的外推估算分析,结合压气机零转速特性线的特点,提出了基于改进特性图的外推方法,并给出了外推结果的合理性判断准则。实例表明,改进后的特性图非常适合表达发动机起动和风车状态的压气机特性,在该图上进行低转速特性的外推计算行之有效且结果准确性高,很好地解决了压气机低转速特性难以获取的难题。     

某型压气机低转速特性扩展方法对比分析

采用指数外插法在相近低转速时,通过发动机状态相似的假设得到部件特性,而能量外推法从能量损失的角度出发,通过发动机在自模化区的流动特点进行低转速特性外推。为验证能量外推法的可行性,在某型涡扇发动机高压压气机试验台上开展转速调试试验,录取高压压气机在不同转速下的性能数据并进行分析,得到改型发动机的高压压气机特性。根据经验,试验时最低相对换算转速只能达到0.5,采取2种外推方法对低转速特性进行外推。结果表明:能量外推法相比于指数外推法具有可行性好、准确度高的特点,在实际发动机研制过程中实用性更强。     

GE公司的低转速研究用压气机与涡轮试验器

介绍了美国通用电气公司航空发动机部（GEAE）气动研究试验室，阐述了低转速研究用压气机试验台（LSRC）和涡轮试验台（LSRT）的概况。     

基于ANSYS的发动机转子临界转速计算

针对某小型涡喷发动机转子的实际结构,在ANSYS中建立了三维有限元模型。计算了前2阶固有模态和振型,并与试验模态分析结果进行了对比,结果表明,该计算模型得到的数据与试验模态结果基本一致。在此基础上,对转子的临界转速进行了计算。     

基于转静子耦合的组合压气机动力特性分析

组合压气机被广泛用于中小型航空发动机,高转速和机匣薄壁化使得转、静子之间的耦合日趋严重,有必要对其转子-支承-机匣系统的动力特性进行研究。建立了不同机匣厚度的组合压气机实体模型和有限元模型,采用有限元法,分别对组合压气机转子-支承系统和转子-支承-机匣系统进行动力特性分析,对机匣部件进行模态分析,并对转子-支承-机匣系统进行不平衡响应分析。结果表明:转、静子耦合不仅使组合压气机系统多出以机匣弯曲振动为主振型的临界转速,同时对以转子弯曲振动为主振型的临界转速影响明显,在工程中需考虑转、静子耦合效应对发动机临界转速的影响。     

某型航空发动机转速信号故障分析

某型航空发动机在地面台架试车的起动过程中,发生高压转子转速信号误报,造成起动失败;在外场装机地面试车时,在起动和停车过程中,发动机参数记录系统和EPI组合显示仪表显示出高压转子转速信号跳变。对发动机转速测量系统的工作过程进行分析,找到了该转速信号故障发生的原因,并提出了解决措施。     

某型航空发动机起动调节器建模及起动特性研究

以流量连续方程和力平衡方程为基础,采用线性化方法,建立了航空发动机起动调节器各部件和系统的数学模型。仿真分析了系统中某些部件参数的改变对起动过程的影响,从而为系统的加工、维修、装配与性能调整提供了理论依据     

基于DSP的航空发动机转速传感器设计

提出了一种基于TMS320 LF2407A DSP的航空发动机智能转速传感器。设计了转速信号处理电路、显示电路、数字信号处理(DSP)与控制器局域网(CAN)总线接口电路和电源电路。提出采用动态分频技术的转速测量方法，并分析了其在2407A DSP上的实现，提高了转速测量的精度。实验结果表明该智能转速传感器功能强大、实时性好、精度可达0．01％，可应用于航空发动机分布式控制系统中。     

涡扇发动机低转速部件特性扩展和风车状态性能模拟

借助涡扇发动机风车特性研究的最新成果,开展了某型涡扇发动机的风车性能数值模拟研究.首先,基于不可压流理论,附以可压缩效应修正的指数法发展了补充慢车转速以下部件特性的计算模型和计算程序;其次,根据流量连续、压力平衡、功率平衡、燃烧室进出口总温相等及转速相等等约束条件建立了风车状态时涡扇发动机高低压转子及整机的共同工作方程;最后发展了具有一定计算精度的涡扇发动机风车状态特性计算模型和程序,并以某型涡扇发动机为例,计算分析了不同飞行条件下发动机的风车特性,从计算结果看,其趋势是合理的.     

微型涡轮喷气发动机风车起动特性研究

为研究微小型涡轮喷气发动机风车起动的特性,以某微型涡轮喷气发动机为原型,通过数值模拟和试验研究相结合的方法,研究了其风车起动过程的各种特性。通过试验研究了丙烷气点火时间和丙烷气压对微型涡喷发动机转速以及燃烧室温度的影响规律,以在最短时间内使得微型涡喷发动机转速和燃烧室温度满足可供油燃烧的条件,并确定所需要的丙烷气最小气量。结果表明：在本试验条件下发动机从起动到慢车状态过程中,以先快后慢的供油规律起动加速时间最短约为82 s;发动机从慢车到80%全转速状态过程中,实现相对最短加速时间的供油规律可分为2段,前段供油斜率较大为0.79,后段供油斜率较小为0.14。对其它结构形式和起动过程类似的微小型涡轮喷气发动机有一定借鉴作用。     

利用周向涡量对压气机进行气动数值优化

采用人工神经网络结合遗传算法,利用周向涡量,对一单级低速压气机转子空间弯掠积叠曲线进行了气动数值优化.优化目标为小流量工况下绝热效率最大.结果表明,优化后转子出口的周向涡量分布改善,压气机级在小流量区域的效率得到很大提高,稳定工作裕度得以拓宽.该方法不仅在数学和物理上使得优化进程高效的收敛于最优解,而且能给后续的压气机级提供一个组织有序的流场.      

一种应用滑动最小二乘求取压气机特性的新方法(修改稿)

发动机性能仿真需要对压气机等部件特性进行离散和插值计算,通常低转速范围的特性还需要外推。对此提出改进,用三维曲面代替转速线表达压气机特性。从某小流量发动机起动加速实验数据中提取压气机低转速特性数据。以这些数据和已知特性数据为依据,利用滑动最小二乘法拟合计算获得压气机特性曲面。该方法能够获得全部转速范围内的压气机特性,精度高,且不需插值计算,非常适用于发动机起动加速过程的仿真计算。     

基于支持向量机和粒子群算法的压气机特性计算

改进和实现了支持向量机用于函数回归估计的算法,并将支持向量机和粒子群优化算法运用于压气机特性计算,以寻找压气机进口换算空气流量和效率随增压比、转子转速、压气机进气角度变化的非线性函数关系,将进气角度作为一个影响因子列入考虑范围,改进了以往只考虑压气机特性随转子转速和增压比变化的计算方法。用支持向量机回归估计压气机特性随各因子变化的非线性函数,用粒子群优化算法对非线性函数逼近度进行全局优化,计算结果表明,设计的算法能准确地回归估计出描述压气机特性的非线性函数,算法是有效的。      

Research on windmill starting characteristics of MTE-D micro turbine engine

Micro turbine engine (MTE) is an important kind of propulsion system for miniature unmanned aircraft or missiles, because of its better high-speed performance (than propeller propulsion) and higher propulsion efficiency (obviously than rockets). Windmill start is a common air-starting mode used in micro turbine engine. The windmill starting characteristics are important to the practical use of micro turbine engine. In this paper, the windmill starting characteristics research for a 12 cm diameter (MTE-D) micro turbine engine is carried out by experiment and numerical simulation. The characteristic of rotor mechanical losses at low-speed condition is stud- ied, and the engine common working line of windmill starting process is obtained. Based on the engine windmill characteristics, the propane ignition characteristics under different inflow conditions are researched, and the envelope of propane ignition and propane flameout is determined. The experimental research of fuel supply and ignition characteristics is completed, and the envelope of fuel supply and ignition is obtained. The windmill stage, propane ignition stage, fuel ignition stage and acceleration process from idling-speed to 80% full speed of MTE-D micro turbine engine is optimized, and the optimization windmill starting parameters are collected. The successful wind-mill starting experiment under this condition with engine speed up to 80% full speed indicates that these starting parameters are reasonable. All the starting parameters of MTE-D micro turbine engine obtained in this work are dimensionless parameters, and the conclusions obtained in this study have some reference to other micro turbine engines with the similar structural form and starting process.     

低速压气机静叶非定常Clocking效应数值模拟

采用三维粘性非定常数值模拟方法研究了重复级低速压气机内部非定常流动,其中包括静叶Clocking(时序)效应以及尾迹-边界层、尾迹-尾迹和尾迹-泄漏流的相互作用.对静叶时序效应的结果分析显示,当两级静叶相对周向位置改变时最大效率变化只有0.1%,表明低速压气机中静叶时序效应不明显.另外,非定常结果流动图画显示,在非定常环境下上游周期性尾迹的通过对下游叶片边界层、尾迹以及叶尖泄漏流的发展都有一定影响.     

翼身融合布局低速验证机前缘缝翼设计

翼身融合布局是未来民机最有可能实现的非常规布局形式,其气动布局方案的验证通常采用缩比模型飞行试验的方式进行。以某翼身融合布局低速验证机为研究对象,以数值计算方法为基础,分析了其在飞行试验中存在的纵向和横向不稳定现象,提出了改善的方案——增加前缘缝翼。对此验证机进行前缘缝翼的气动布局设计、典型翼型的二维前缘缝翼设计和机翼三维前缘缝翼的气动设计,利用数值计算方法对设计结果进行纵向和横向分析。结果显示,所设计的前缘缝翼可以明显地增大验证机的失速迎角,改善其纵向力矩特性和横向特性。     

低速轴流压气机中气动旋转不稳定性和叶顶泄漏流脉动特性

为了探究气动旋转不稳定性和叶顶泄漏流脉动特性的关系,对一台1.5级低速轴流压气机进行了实验和数值研究.在转子顶部机匣上布置动态压力传感器,采集不同流量下叶顶的压力脉动信号,在小流量下捕捉到了旋转不稳定性的产生.通过锁相平均和方均根压力图谱,发现当叶顶泄漏流与相邻叶片发生干涉时叶顶流场脉动显著增强.对压气机转子进行全通道数值模拟,发现叶顶泄漏流在小流量下发生周期性振荡,且相邻流道间的压力脉动具有相位延迟,这诱导产生了一个具有多重频率的旋转压力波.通过频谱分析发现:脉动的叶顶泄漏流产生的旋转压力波与旋转不稳定性具有一致的频率特性,表明叶顶泄漏流的脉动对压气机中旋转不稳定性的产生具有重要作用.      

某型涡轴发动机高低温起动性能试验与分析

开展了采用RP-3燃油和RP-5燃油的涡轴发动机高低温起动性能对比试验。分析了不同环境温度下转子的阻力矩和电动机扭矩的变化规律,指出了当前计算方法的局限性;对比了环境温度、燃油种类、燃油流量对发动机起动性能的影响,摸索出了该型发动机低温起动极限温度。试验结果表明:随着温度降低,滑油黏度增大,转子阻力矩增大,发动机带转转速和转子自转时间显著降低;在极限低温条件下,两种燃油对涡轴发动机起动性能影响非常大,而在高温条件下,采用上述两种燃油,发动机起动性能基本一致;该型发动机采用RP-3燃油能在-40 ℃环境下成功起动,而采用RP-5燃油,经过调油等措施最终只能在-20 ℃环境下成功起动;在一定范围内,增加燃油流量,能改善发动机采用RP-5燃油的起动能力。研究结论为同类发动机高低温试验提供了参考。      

基于拟动力学高速角接触球轴承动态特性分析

为真实地反映高速角接触球轴承的运转情况,建立了高速角接触球轴承拟动力学分析模型,选用BFGS(Broyden-Fletcher-Goldfarb-Shanno)计算方法嵌入高速角接触球轴承拟动力学计算程序,并通过与SKF公司开发的拟动力学分析程序AT74Y001的计算实例进行对比,两者计算误差在5%之内.通过分析不同结构参数合工况参数对轴承动态特性的影响可以得到:随着轴向载荷的增大,内、外圈接触角增大;随着径向载荷的增大,在承载区内圈接触角减小,外圈接触角增大,在非承载区内圈接触角增大,外圈接触角减小;随着转速的增加,轴承内圈接触角的逐渐变大,外圈接触角逐变小;随着钢球数目和轴向载荷的增大,轴承在3个方向刚度逐渐增大;随着内圈沟曲率系数、径向载荷和转速增大,轴承在3个方向刚度逐渐减小.      

低温对涡轴发动机起动性能影响的试验与分析

为研究低温对涡轴发动机起动性能的影响,对国军标的适用与裁剪进行了讨论,开展了低温起动试验,试验以滑油箱内的滑油温度达到-34 ℃算起,冷浸4 h后进行起动,分析了低温起动过程的阻力矩、剩余扭矩、点火性能和温升效应对起动性能的影响。结果表明:-34 ℃条件下的初始阻力矩是25 ℃条件下的2.25倍,至点火转速附件阻力矩降低为1.53倍;温度越低,点火边界对应的索尔太平均直径(SMD)越小,燃烧室点火边界越窄;温升效应对低温起动性能的影响显著,考虑温升效应的起动时间延长约25%。热空气加温和起动滑油断油可以降低起动初始阻力矩,改善点火性能,从而提高了低温起动性能。研究结论对同类发动机开展低温起动试验、起动供油规律优化及相关研究提供了参考。