飞机使用升限对增压活塞发动机的匹配要求

发动机工况调节范围对无人机的安全运行具有重要影响.通过对增压活塞发动机与飞机的动力学分析,得到了使用升限上最大爬升率对螺旋桨和发动机的动力要求,提出了使用升限上发动机可调范围与剩余功率的要求.对增压器匹配提出了新的要求,即使用升限范围内保证飞机巡航工况能够恢复海平面功率.通过某发动机的仿真分析,确定了其使用升限高度的可调工况范围,理论分析了增压器参数对可调范围的影响,给出了匹配原理与建议.该过程也可用来校验使用升限高度下安全性可调裕度,有助于安全操控.     

活塞式航空发动机二级涡轮增压系统匹配分析

针对高空小型飞机的动力要求,对某一级增压的活塞式航空发动机进行了二级增压系统的匹配设计分析.利用AVL boost软件建立了原发动机的一级增压模型,并根据实验数据进行了校核.在原机模型的基础上,建立了二级增压发动机模型,并且进行了匹配计算.计算结果给出了发动机不同海拔高度下的运行情况,分析了发动机主要参数对性能的影响.研究了旁通阀对二级增压系统的调节规律,确定了高低两级压气机总压比随发动机海拔高度的变化趋势.结果表明,二级增压系统能够为发动机提供足够的进气充量,保证在大气密度降低后发动机还可以产生要求的功率,取得了预期的效果.      

航空活塞发动机涡轮增压器失效关键影响因素分级

航空活塞发动机涡轮增压技术的应用大幅增加了动力系统的复杂性,与增压器相关的安全问题日趋严峻。以某型航空活塞发动机及其两级增压器为对象,聚焦失效诱因的判断方法研究,在建立的整机系统模型基础上,提出一种改进的对应分析法实现对增压器失效模式关键影响因素的分级。结果显示:通过列轮廓坐标随关键影响因素的数值偏离程度表明影响大小的分级方法,可以有效辨识出失效的关键影响因素,废气阀直径是影响各工作边界安全裕度的首要因素,需首先加以控制。      

高超声速串联式组合动力装置方案

为保证高超声速运输机在宽广的飞行包线内(Ma＝0~5,H=0~30km)稳 定可靠工作,对涡轮/冲压组合动力装置串联方案展开研究.首先建立了经试验数据校核的 适于高超声速飞行的组合动力装置部件级变循环详细非线性性能计算模型;在此基础上,利 用发动机设计点热力循环分析和非设计点性能分析方法对串联方案的综合特性进行评估,最 终给出一种经过优化的串联布局涡扇/冲压组合动力装置总体性能设计方案.研究结果表明 ,优化方案可有效地缩小组合发动机的结构尺寸与重量,有利于进气道,喷管的调节以及冲 压燃烧室燃烧的组织.通过综合调整发动机5个可调几何部位以及涡轮发动机燃油流量和冲 压燃烧室燃油流量,可以实现涡扇/冲压模式的平稳转换.      

液体火箭发动机高效率反力式涡轮的设计

为提高比冲,闭环系统的液体火箭发动机的涡轮泵多采用反力度不大的反力式涡轮,这种火箭反力式涡轮不同于航空涡轮,其以极低的压比、极高的负荷和低展弦比为特征,在给定的叶栅大气流转折角、低展弦比、低反力度和相对大的径向间隙条件下,采用了沿叶高正攻角设计和沿叶高变功率损失设计,用以加大叶栅通道的几何收敛性,减少二次流和叶顶间隙损失,从而获得相对高的涡轮效率.      

高速气膜镶装式浮环密封的开启特性

针对应用于航空发动机的高速气膜镶装式浮环密封, 探究密封在不同结构参数、启动方式、材料结合等多因素下的开启性能。建立镶装环-石墨环-跑道的固体域模型和气膜流体域模型, 得到了工作气膜厚度、气膜流场压力分布；计算密封受力, 得到了密封上浮力、闭合力和开启转速等密封开启性能参数。分析镶装环与石墨环的厚度比和宽度比、镶装环-石墨环配对材料、镶装环-跑道配对材料等因素对密封开启转速的影响。搭建浮环密封试验台和浮环位移监测系统, 通过试验验证了数值模拟结果。研究结果表明:浮环的镶装结构能有效改善升温时石墨环与跑道间隙减小而导致密封失效的问题；镶装环材料是影响密封开启性能的敏感参数, 密封开启性能随材料线膨胀系数的升高而快速降低；镶装环与跑道的材料配对情况是影响密封开启性能的重要因素, 镶装环与跑道材料相同时, 石墨环与跑道处于“恒间隙”状态, 在复杂温度工况下密封的开启性能更加稳定；不同的工作机组启动方式对密封开启性能影响较大, 发动机采用将转速增加至工况转速再增压的启动方式时密封开启性能最好；浮环密封在高转速、高压力工况下因转速、压力变化产生的密封扰动值更大, 浮环密封应避免在较高压力和转速下长时间调节工况参数。研究结果为航空发动机镶装式浮环密封的结构设计、材料选用、系统设计的研究提供了参考。      

高超声速涡轮/冲压组合发动机方案

为满足高超声速运输机在宽广的工作范围内(Ma＝0~5,H=0~30 km)稳定,可靠工作,研究了涡轮/冲压组合动力装置并联方案.完成了涡扇发动机和冲压发动机的总体性能方案设计,2种工作模式转换过程和沿飞行轨迹的组合发动机稳态特性模拟也已接近尾声.建立了适合高超声速飞行的涡扇发动机、冲压发动机可变几何的部件级详细性能计算模型,比较分析了涡扇发动机的加力方案;考虑了进气道/发动机流量匹配对发动机特性的影响;给出了涡轮/冲压模式转换阶段的稳态性能仿真结果.      

低Re对某小型涡扇发动机性能影响

低雷诺数问题是影响高空长航时无人驾驶飞机的动力装置性能的关键因素之一.定量分析了低雷诺数效应对某小型大涵道比涡扇发动机性能的影响.当雷诺数减小到一定程度后,各部件的性能将发生改变.在发动机整机环境下,增压级和低压涡轮的进口叶弦雷诺数相对更低,受飞行高度和速度的影响也更大.在发动机共同工作条件的作用下,各部件的匹配关系将发生变化,除部件效率的降低以外,部件流通能力的衰减也引起发动机性能的降低.涡轮前温度的限制将使发动机转子转速下降,低雷诺数效应加剧,从而导致发动机性能的进一步降低,推力迅速减小,但发动机涵道比的增加可以减小因部件性能衰退引起的耗油率上升的趋势.     

涡轮叶片的网格参数化方法及其寿命可靠性优化

涡轮叶片的寿命可靠性优化对保障发动机安全，提高发动机使用寿命具有重要意义。传统的确定性优化由于没有考虑不确定性因素的影响，其结果往往导致结构可靠性低，严重威胁发动机的安全。针对复杂的含气膜孔几何变量的涡轮叶片几何构型，提出局部参数化网格变形方法，在关注的叶片前缘部分采用六面体网格，并利用局部网格变形法实现其参数化变形，其他部分采用四面体网格，以缩短其网格划分时间，提高其网格划分效率。所提方法实现了不确定条件下的含气膜孔几何变量涡轮叶片的寿命可靠性优化，在满足可靠性约束和几何约束的条件下，使得涡轮叶片基于不确定性的寿命均值提高了18.36%。     

发动机-变量泵-变量马达驱动系统分层控制

为充分发挥工程车辆用发动机及液压系统的工作性能,并同时提高其在动态条件下的功率传递效率,对发动机-变量泵-变量马达(三变量)组成的串联型液压驱动系统控制策略进行研究.对驱动系统各个部分进行参数匹配,确定各环节的额定计算工况; 提出自适应分层控制策略,以系统效率最大化为目标,主动调节发动机、变量泵以及变量马达的工作点,主动适应负载功率需求.在MATLAB/Simulink软件中对系统进行后向建模,仿真结果表明,所提出的控制策略能够有效地保证系统高效率的功率传递,通过优化发动机工作点降低油耗.      

应用支持向量回归机探索发动机VSV调节规律

发动机可调静子叶片（VSV）调节规律极其复杂,通过挖掘快速存取记录装置（QAR）数据对VSV调节规律进行了深入研究。首先,通过PW4077D发动机健康状态的QAR数据,建立基于粒子群优化（PSO）算法的支持向量回归机（SVR）模型,来探索VSV调节规律;然后,利用后续航班数据对PSO-SVR模型进行验证,并将验证结果与传统的PSO-BP神经网络模型进行对比;最后,应用PSO-SVR模型进行发动机故障诊断。研究结果表明:PSO-SVR模型的回归预测精度优于PSO-BP神经网络模型,能够准确反映VSV的调节规律。可将其用于发动机的状态监控和故障诊断,亦可为VSV控制系统设计提供参考。      

氢氧发动机推力室化学反应流场计算

采用弱耦合点隐式方法的MacCormack格式对氢氧火箭发动机推力室化学反应粘性流场进行数值模拟.数值模拟时采用6种组分、8个反应有限速率的化学反应模型,湍流模型采用Baldwin-Lomax代数湍流模型.数值模拟得到了流场参数在燃烧室和喷管中的分布.结果分析表明,得到的数值模拟结果与理论分析一致,说明结果是可靠的.本文的工作为氢氧火箭发动机喷管设计提供了依据,并为进一步开展火箭发动机推力室有化学反应的两相流动的数值模拟打下了基础.     

塞式喷管热试实验和数值模拟

以气氢／气氧为推进剂,对三单元直排塞式喷管发动机进行了热试实验和数值模拟研究.介绍了实验系统及实验发动机主要零部件的结构和设计参数,给出了实验参数测量结果、实验照片和数据分析.数值模拟研究了塞式喷管的流场特点,数值预示了实验塞式喷管发动机的高度特性曲线.无再生冷却塞式喷管发动机采用耐烧蚀材料钨渗铜加工内喷管和燃烧室内衬,碳钢材料加工塞锥.使用爆震波点火器点燃多个单元推力室,成功进行了热试实验.在2个压比下获得了塞式喷管性能数据,实验表明,塞式喷管具有良好的高度补偿能力和较高的喷管效率.在C_NPR=50附近,效率达到92％~93.5％;在C_NPR=350附近,效率达到95％~96％.预计在设计点的效率不低于98％.      

喷管分离流动及其侧向载荷

利用商业软件CFX对某液体火箭大面积比喷管地面条件下的分离流动进行了三维数值模拟.计算获得了喷管入口总压从8MPa减小到1MPa时的流场参数分布和侧向力载荷情况.结果表明,随着入口总压的降低,喷管内流场会依次经历自由激波分离和受限激波分离两种分离激波模态.受限激波分离模态下喷管壁面压强具有较大波动,再附着点压强甚至高于环境压强.流动分离情况下,喷管将受到一定侧向载荷作用,载荷方向随机分布.入口总压为4MPa时计算得到的侧向载荷最大,实际侧向载荷峰值可能出现在自由激波分离与受限激波分离转换瞬间.