脉冲爆震涡轮发动机原理性试验研究

为研究脉冲爆震燃烧室与涡轮及压气机三者相互匹配的详细机理,建立了脉冲爆震涡轮发动机原理性试验系统,其主要由脉冲爆震燃烧室、涡轮增压器、润滑系统、发动机测控系统等组成。在该试验系统上开展了脉冲爆震涡轮发动机原理性试验研究。首次实现了由脉冲爆震燃烧室驱动涡轮,涡轮带动压气机,压气机压缩空气供给爆震室的全闭环自吸气工作模式。试验结果表明：脉冲爆震涡轮发动机能在自吸气模式下持久、稳定地工作,爆震室与涡轮及压气机三者匹配良好,验证了用脉冲爆震燃烧室替代传统等压燃烧室的可行性。     

单晶涡轮叶片热机械疲劳试验技术

针对单晶空心气冷涡轮转子叶片的热机械疲劳(TMF)试验要求,建立了涡轮叶片热机械疲劳试验系统,包括加载、加热、气冷、水冷和控制等5个子系统.试验结果表明:该系统能够同时模拟服役条件下单晶涡轮叶片考核截面的应力场、温度场、气冷过程以及应力/温度谱等.利用该试验系统进行了单晶涡轮叶片考核截面的热机械疲劳试验,试验结果再现了涡轮叶片在服役状态下的失效模式.基于上述试验结果可以进行涡轮叶片的寿命预测和失效分析.      

短周期全尺寸涡轮试验及测试方法

介绍了目前国内外几种主要的短周期涡轮试验方法和特点,讨论了暂冲式涡轮试验台全尺寸涡轮级试验技术和数据采集系统的配置以及传热和气动性能试验的测试方法。     

全尺寸对转涡轮若干关键试验技术的应用验证

双转子涡轮试验具有极高的试验风险,而大型全尺寸1+1/2对转涡轮试验在国内更是首次开展。为保证试验安全实施,在查阅国内相关涡轮试验文献和对设备现状评估的基础上,对对转涡轮关键试验技术展开了研究。研发了集成控制、数据采集和安全控制功能的多任务并行测控系统,实现了对两个转子系统的联合控制;建立了"高压优先调节、低压独立控制、高低匹配联调"的对转涡轮匹配联调方法,制定了切实可行的试验安全保障方案;为详细了解高低压级间流场,布置了级间测量系统。试验证明:多任务系统运行良好,低压水力测功器稳速精度提高4倍,试验件轴向力控制方法有效,试验时间缩短50%以上,为我国高性能双转子涡轮设计技术的发展奠定了基础。     

叶尖间隙对涡轮性能影响的计算与试验研究

采用电容型叶尖间隙测量系统,在国内首次对单级涡轮级性能试验状态下的转子叶尖间隙进行了实时测量,并利用获得的叶尖间隙热态试验数据,完善了涡轮转子叶尖间隙计算方法。同时,开展了变叶尖间隙的涡轮级性能试验,总结了叶尖间隙对涡轮性能的影响规律。另外,还对试验方案进行了数值模拟,并与试验结果进行对比分析,进一步研究了叶尖间隙对涡轮性能的影响。结果表明,电容型叶尖间隙测量系统具有较高的准确性,利用该系统有助于掌握叶尖间隙真实变化规律,提高试验安全;通过对叶尖间隙实时测量,可正确评估涡轮性能随叶尖间隙的变化规律,具有较高的工程应用价值。     

高转速小尺寸涡轮叶片动应力测量方法与应用

根据小推力发动机涡轮叶片动应力测量试验要求,提出了一种基于引电器的高温环境旋转件动应力测量系统方案,以实现高温度条件下高转速、小尺寸涡轮叶片的动应力测量。详细阐述了测量系统组成及关键技术,并利用该系统完成了高压涡轮叶片的动应力测量,试验过程中,测试系统工作稳定,信号频率跟随性良好。试验结果表明,该型发动机转速在34920r/min时叶片振动应力达到112.7MPa,会带来涡轮叶片的高循环疲劳损伤。     

短周期全尺寸涡轮试验台及关键技术

介绍了目前国内外几种先进的短周期涡轮试验装置的方法、原理及特点，讨论了暂冲式涡轮试验台的关键设备和关键技术，包括全尺寸涡轮级试验的数据采集系统的配置，以及传热和气动性能试验方法。     

涡轮叶片模态实测阻尼比的有限元应用

为了更加精确地通过有限元来模拟涡轮叶片的谐响应特性,剖析了有限元分析中阻尼矩阵的构建方法,并且选定了适用于真实涡轮叶片设计的阻尼矩阵模型.在进行涡轮叶片有限元谐响应计算时,以模态测试得的阻尼比为基本参数,建立构建阻尼矩阵的方法,该方法能处理具有单独共振频率或具有临近共振频率的振动问题.通过模拟涡轮叶片的响应试验,测得了试验系统的阻尼比及模拟涡轮叶片的位移响应.根据测得的系统阻尼比,运用构建阻尼矩阵的方法,对具有单独共振频率特征的模拟涡轮叶片进行了谐响应计算,结果显示模拟涡轮叶片的位移响应与试验结果基本一致.运用该方法进行涡轮叶片的谐响应分析可比较精确地得到其谐响应特性.      

涡轮冲压组合发动机供水泵设计与试验

为满足涡轮冲压组合发动机工作模态转换中涡轮级冷却要求,需采用射流预冷系统。高压力大流量离心式供水泵的设计与试验方法是涡轮冲压组合发动机射流预冷系统的关键技术之一。通过理论计算得到供水泵关键零件的尺寸,采用流场仿真方法得出供水泵性能,利用试验验证供水泵的流量压力特性。仿真结果与试验结果对比表明,设计的高压大流量离心式供水泵满足设计要求。     

航空发动机涡轮后燃气温度检测系统设计及关键技术研究

航空发动机自动控制系统通过监测发动机涡轮后燃气温度,来实现对发动机涡轮前燃气温度的实时限温控制,从而避免发动机超温故障的出现。针对目前航空发动机涡轮后燃气温度测试精度偏低的工程现状,基于热电偶测温原理,提出了一种高精度涡轮后燃气温度实时检测技术的软、硬件设计方案。设计了一种基于温度校准仪的试验方法对其开展了系列试验,验证了系统的检测精度,并通过数据对比研究了延长导线规格、解算方法等关键因素对航空发动机涡轮后燃气温度检测精度的影响。     

涡轮动力装置闭环仿真试验器的设计与应用

针对涡轮动力装置电子控制器的控制逻辑检测和调试问题,本文提出了一种采用电子仿真试验器替代真实涡轮动力装置的方法。将电子仿真试验器与电子控制器构成闭环控制同路,从而实现对涡轮动力装置闭环运行过程的模拟。仿真试验表明,利用该电子闭环仿真试验器能较好地模拟涡轮动力装置系统的实际工况,为涡轮动力装置电子控制器的调试和检测提供了‘种简便、有效的途径,且能显著降低试验成本和危险性。     

一种单晶涡轮叶片热机械疲劳寿命评估方法

针对单晶涡轮叶片热机械疲劳(TMF)问题,围绕单晶涡轮叶片TMF试验,结合单晶变形、损伤理论及数值模拟,建立了一套单晶涡轮叶片TMF寿命评估方法.利用空心气冷涡轮叶片TMF试验系统,对单晶涡轮片考核截面在服役条件下所产生的交变应力场和交变温度场进行模拟,确定了裂纹萌生部位及其TMF寿命.考虑单晶涡轮叶片变形和损伤行为的特征,分别建立了基于滑移系的Walker黏塑性本构模型和基于临界平面的循环损伤累积(CDA)模型.利用上述本构和寿命模型,完成了单晶涡轮叶片TMF试验的数值模拟.结果表明:叶片理论危险点与试验结果一致,且计算寿命基本落在试验寿命的3倍分散带内.      

利用涡增压技术 提高航空发动机性能

本文简要介绍美国热力学系统公司开发的三级涡轮增压器系统的设计，高空模拟试验和飞行试验等。     

国外双轴压气机试验技术

介绍国外涡轮风扇发动机的双轮压气机系统的试验技术。经验证明单轴压气机部件试验有其局限性。而双轴压气机试验设备则能模拟真实发动机环境，能再现发动机的关键工作点，从而促进了先进双轴涡轮风扇发动机的研制。     

大涵道比发动机多级低压涡轮试验技术研究

涡轮试验是检验涡轮性能是否达标的重要过程。基于某全尺寸涡轮试验器、现有涡轮试验方法和试验规范,通过对试验器进行适当设备改造,结合试验涡轮的进出口压力、温度、流量和功率等参数的耦合关系,形成针对大涵道比涡扇发动机多级低压涡轮性能试验状态评估、过程控制和数据分析方法,并通过国内某型大涵道比涡扇发动机多级低压涡轮试验进行验证。试验结果表明:基于试验参数耦合关系的试验状态评估、过程控制和数据分析方法有效,填补了国内大涵道比涡扇发动机多级低压涡轮试验方法和试验数据的空白,同时,该型发动机低压涡轮的效率达到设计指标,处于国内先进水平,所述方法可为国内后续多级低压涡轮试验提供参考。     

液体火箭发动机涡轮泵非线性转子系统稳定性影响因素研究

针对低温液体火箭发动机涡轮泵转子非线性系统开展了动力稳定性研究。采用有限元法建立了涡轮泵转子系统的动力学模型,研究了安装偏心对转子密封系统稳定性的影响,给出了失稳转速随安装偏心的变化规律。研究了存在安装偏心时当量密封间隙、轴承支承总刚度及轴向位置对液体火箭发动机涡轮泵转子系统稳定性的影响,分析了失稳转速随当量密封间隙、轴承支承总刚度及轴向位置的变化规律。最后开展了冷吹试验和热试验研究,验证了本文的理论研究结果。本文的研究为液体火箭发动机涡轮泵转子系统结构设计、故障诊断与安装维护提供理论依据。      

燃气轮机高速动力涡轮气动设计及试验

基于30 MW级燃气轮机增压机组动力涡轮设计要求及其研制特点、难点,在注重强度寿命的前提下开展了高速动力涡轮及排气系统的气动设计。完成了两级高速动力涡轮的一维方案设计、叶片造型设计和排气系统设计,并进行了准三维分析和全三维流动评估。动力涡轮直接串装燃气发生器,开展了燃气轮机整机工厂性能试验。试验结果表明:该动力涡轮气动效率和排气段总压恢复系数均超过指标要求,燃气轮机整机热效率超过设计要求0.6个百分点。     

基于熵产理论的航空柱塞泵涡轮增压系统优化

在航空柱塞泵的进油端集成涡轮增压系统,有利于提高航空液压系统的集成度,并解决柱塞泵在高转速下因吸油不足而产生的空化、脱靴等难题。针对涡轮增压系统中叶片和压水室流道的优化设计问题,基于熵产理论对增压系统中的能量损失及其空间分布进行了研究,构建了涡轮自增压轴向柱塞泵的流体域模型,探究压水室形式、断面形状、进口宽度、断面面积变化规律以及涡轮叶片形式与熵产率的关系,以熵产最小为目标优化涡轮增压系统的结构：涡轮采用扭曲叶片,压水室采用螺旋形、断面形状采用圆弧形、压水室进口宽度采用8 mm、断面面积变化规律为U型时,增压系统的总熵产下降约0.032 W/K,较优化前降低了13%,增压值上升约0.22 bar,较优化前增加7%。最后采用试制的样机搭建试验系统,测试了直叶片形式和扭曲叶片形式的涡轮增压值,试验结果与仿真结果基本一致。     

涡轮间燃烧器试验验证了UCC概念的可行性

美国空军研究实验室（AFRL）推进部的超紧凑燃烧室（UCC）研发团队不久前通过在试验件上游使用另一个燃烧系统来模拟真实发动机环境，以涡轮间燃烧器（ITB）的模式成功试验了由AFRL开发的UCC。此次试验中，采用了一个简单的涡流稳定燃烧系统来提供不同恶化值（即氧气值）的ITB进口空气，以模拟燃气涡轮发动机高压涡轮排出的反应过的高温混合物。基于AFRL设计的超紧凑燃烧室，对四种不同的ITB设计结构分别进行了试验。试验表明，其贫油熄火油气比极限只有目前系统的25％～50％。这些试验结果很有意义．     

先进涡扇发动机空气系统与零件传热设计技术验证

本文简要介绍了中国燃气涡轮研究院在先进涡扇发动机空气系统与零件传热设计技术验证方面的研究情况,内容涉及发动机空气系统设计技术、零件热分析设计技术、涡轮叶片冷却设计技术及新型铸冷双层壳型高效涡轮冷却叶片设计中的关键技术。探讨了空气系统与零件传热设计技术中的设计计算方法、设计软件校核与改进、试验研究与参数测试、以及设计体系建设等问题,通过系统的模型、部件和发动机整机三个层次的试验验证,初步形成了空气系统与零件传热设计体系。