基于飞行试验数据的进气道畸变预测与试验验证

采用响应曲面的试验设计方法,构建了基于试飞数据的进气道压力畸变预测模型,进行不同飞行工况进气道畸变模型预测与飞行试验验证研究。研究结果表明:模型预测与飞行试验结果相比,综合压力畸变指数平均相对误差为421%,稳态周向畸变指数平均相对误差为799%,结果吻合良好,能够满足对该型进气道畸变预测要求;大迎角、侧滑及其组合飞行时,进气道内部附面层气流分离是造成进气道出口畸变的主要因素;进气道出口低压区的位置与飞行姿态角相对应,并在周向上向压气机的旋转方向有小范围偏转,偏转角度与发动机状态相关;采用“模型预测+飞行试验”的模式能够完整、安全高效地考核评估飞机进气道的畸变特性,具有很好的工程适用性。     

进气压力畸变试验中面平均紊流度的计算

为研究航空发动机进气压力畸变试验中数据处理方法对面平均紊流度计算结果的影响,通过分析涡扇发动机进气压力畸变试验数据,得到了不同取样时间及不同滤波截止频率对面平均紊流度计算的影响结果。分析表明,只有合理选择取样时间及滤波截止频率,才能保证所计算面平均紊流度的准确性。本研究为进气压力畸变试验中面平均紊流度的计算提供了一种参考方法。     

改进的综合CFD与畸变合成法预测动态畸变(英文)

对综合CFD与畸变合成方法进行了改进。通过CFD求解,获得AIP上各稳态气动参数。采用BP人工神经网络直接求解高度非线性的湍流相关方程,该方程将CFD求解的稳态气动参数与试验测得湍流度进行关联。经过训练的网络可根据稳态CFD结果预测湍流度。之后根据CFD计算的稳态总压和神经网络预测的湍流度合成动态压力。最后根据合成的动态压力寻找最大瞬时畸变。文中使用了六个工况的飞行数据验证该方法的准确度并且与原方法的计算结果进行了比较。结果表明该方法预测的畸变值与试验畸变值吻合较好,且预测结果较原方法与试验值更接近,该方法能够在试验前用来预测动态畸变,具有很强的工程价值。     

基于试验数据统计的畸变特性关联模型

针对常规压气机进气压力畸变试验中采用多组插板、多组安装距离进行逐一尝试,导致试验效率低的问题,收集整理并统计了6台套压缩部件进气压力畸变部分参数的变化规律。利用插板前马赫数作为基准,初步得到不同插板安装状态下综合畸变指数随进口马赫数的关联模型。利用该模型对各种试验状态下的畸变指数进行预测,准确度基本能达到14.0%,为压缩部件进气压力畸变试验插板布局方案的制定提供了参考依据,并可提高试验效率。另外,关联模型还揭示,相比于气动界面与插板距离,插板深度对畸变流场的影响更大。     

动态压力畸变下压缩系统稳定性分析

基于逐级压缩系统模型，发展了一种动态压力畸变下压缩系统失稳识别的数值预测方法。应用方法对一多级轴流压缩系统进行了数值分析。给出了动态压力脉动频率与压缩系统失稳首发级及不稳定发生时间之间的定量关联关系。     

综合压力畸变指数的计算软件设计及验证

设计了专用软件计算稳态压力畸变指数,同时利用该软件绘制了气动界面总压图谱,并利用某风洞试验数据验证了该软件的准确性;设计了数字滤波器对动态压力数据进行处理,研究了滤波器截止频率、数据取样时间对动态压力畸变指数的影响。应用所设计的稳态压力绘图和畸变计算软件及动态压力数据处理方法,对某型飞机飞行时发动机进口气动界面的综合压力畸变指数进行了计算。     

烧蚀后C-SiC复合材料隔离段内激波串长度预测

为了研究畸变气流影响下烧蚀后的C-SiC复合材料隔离段内激波串长度预测问题,设计了能够模拟进气道喉道流场畸变的隔离段直连台,并开展了马赫数2.5和3.5来流的两种不同烧蚀程度的C-SiC复合材料隔离段直连实验,获得了有效的纹影和压力数据,结合实验和理论分析,采用无量纲不平度hs/Dhy来表征烧蚀后C-SiC隔离段内壁面严重不规则粗糙特征,尝试在Waltrup公式中增加包含无量纲不平度的因子(1+4hs/Dhy),以此形成新的公式来预测烧蚀后C-SiC隔离段内激波串长度,预测精度较原来公式大幅提高,按照10%的误差带分析,修正后的Waltrup公式预测精度提高了33.3%。     

扇形板压力畸变模拟器特性研究

根据小型涡轮发动机的使用条件,总压畸变是对发动机气动稳定性影响最大的外部降稳因子,小型涡轮发动机常采用模拟板方法为抗畸变试验提供总压畸变流场。本文设计了扇形板式可调压力畸变模拟器,用于涡扇发动机抗畸变试验。通过数值模拟获取了畸变模拟器的全流场特征,通过畸变模拟器吹风试验表明,扇形板后的流场掺混特性较好,扇形板畸变模拟器堵塞系数在8%～16%内,畸变模拟器的综合畸变指数在2%～13%内连续可调。畸变模拟器满足小型涡扇发动机抗畸变试验所需综合畸变指数要求。     

多级轴流压气机彻体力模型——理论方法及简化应用

基于时间推进技术及有限体积法,将彻体力模型与基元叶栅法的思想相结合,提出了一个适用于预测大尺度进气畸变对多级轴流压气机气动性能及稳定性影响的三维数值计算模型。在进气条件轴对称的前提下,利用相应的简化模型重点分析了一台四级轴流压气机在均匀进气及叶尖径向总压畸变进气下的内部流场特征。均匀进气下的模型计算结果与相关试验结果相吻合。叶尖径向总压畸变进气下模型的计算结果表明:径向畸变在压气机流道内会发生显著的径向掺混作用,叶尖径向总压畸变对该压气机稳定性有显著恶化影响,随着畸变强度的增加,压气机稳定边界逐步下降。计算结果支持了该模型用于预测径向进气畸变影响的可能。     

组合畸变对某型发动机稳定性的影响

压力和温度组合畸变对某涡轮风扇发动机稳定性影响的数值研究表明,该发动机的进口临界压力畸变强度和临界温度畸变强度分别为8.82%和8.60%,风扇的压力畸变敏感系数为2.608,高压压气机的温度畸变敏感系数为2.442.压力畸变和温度畸变的相对大小,决定了组合畸变对风扇或压气机稳定性影响的严重程度.压力畸变的相对最大强度峰值出现在风扇截面时,风扇首先失稳,反之则高压压气机首先失稳.组合畸变对发动机稳定性的影响,不是压力畸变和温度畸变单独影响的简单相加,而是一种非常复杂的非线性关系.     

瞬时畸变极值预测的随机涡方法

对于湍流型进气畸变压力场,文献[1]提出了一种随机涡模拟方法。将非定常N-S方程与统计学理论相结合,将随机涡尺寸与畸变指数峰值相关联。对此,作者在文献[2]中作了详细的推导、分析和预测,发现在原模型的应用中,存在着两个明显困难:合理确定瞬时畸变分布;迅速和准确确定涡核半径a。实验和模拟结果表明畸变分布介于正态分布与Weibull分布之间变化。      

改进的多级涡轮噪声经验预测模型

基于早期的涡轮噪声经验预测模型和涡轮噪声试验数据,对影响涡轮噪声的关键涡轮参数进行了分析,发展了改进的多级涡轮噪声经验预测模型.该模型由单级涡轮噪声计算、涡轮噪声在下游涡轮级中传播的衰减量计算和各级涡轮噪声叠加3个部分组成.采用涡轮噪声试验数据对单级涡轮噪声计算方法进行了验证.结果表明:该单级涡轮噪声计算方法的计算结果误差小于1.5dB.由试验数据拟合得到的涡轮噪声叶片排衰减经验预测模型也被应用于该改进的多级涡轮噪声经验预测模型中.与早期经验预测模型相比,改进模型的计算方法更合理,噪声预测结果更可靠.      

Far-field sonic boom prediction considering atmospheric turbulence effects: An improved approach

Accurate prediction of sonic boom is one of key challenges for the design of a low-boom supersonic aircraft. For most of available far-field prediction methods, the effect of atmospheric turbulence appearing in the planetary boundary layer cannot be considered, which results in remarkable inaccuracy of predicting ground-level sonic boom waveform. Although some efforts have been made to overcome the shortcoming, the turbulence effects are not yet well described so far. This article proposes an improved method by extending the two-dimensional Heterogeneous One-Way Approximation for the Resolution of Diffraction (HOWARD) equation to account for the axial and transverse convections of wind fluctuation as well as the effect of temperature fluctuation. The proposed method is validated by comparing the predictions with the flight-test data of JAXA D-SEND#1 LBM, which shows that the result of the proposed method is in better agreement with the flight-test data than that of the method without considering atmospheric turbulence effects. Then, distortion mechanism of sonic boom waveforms caused by atmospheric turbulence is analyzed by using the proposed method. It is indicated that the effect of turbulent convection makes uniform sonic-boom wavefronts irregular, which creates the condition of diffraction effect to perturb waveforms. Finally, the proposed method is applied to investigate the behavior of two types of waveforms given by the sonic boom minimization theory. Results show that a far-field waveform with a weaker initial shock is more beneficial for low-boom design of a supersonic aircraft.     

基于改进证据网络的空战动态态势估计方法

针对无人机空战态势估计既需要综合考虑多类型因素影响,又需要具有不确定性推理能力的特点,建立了一种基于改进证据网络的动态态势估计模型并设计了威胁等级评估推理方法。首先,考虑空战决策时间较短的特点,提出变量框架等级缩减方法以提高网络运行效率;然后,针对空战态势信息具有大不确定性的特点增加冲突数据自适应融合算法以及网络证据的时间序列预测,提高证据的合理性;最后,引入时空融合思想和变权机制将前一时刻的威胁信息作为评判后一时刻威胁的重要标准,应用威胁在时间维度上的递归合成增加信息在时间方向的传递,改善了由于证据失真引起的评估结果的不合理性问题,并通过仿真验证了该方法的有效性。     

周向总压畸变在轴流压气机中的传递特性分析

基于轴流压气机叶排特性,建立了一种预测周向总压畸变沿轴流压气机传递的矩阵分析模型,应用于某一单级压气机,对其进口总压畸变传递特性进行了详细的数值分析,给出了对发动机稳定性分析中影响较大的总压、总温及气流角的周向分布。计算结果与实验结果比较表明,本模型和采用的方法合理,可行。      

脉动压力为正态分布时瞬时畸变的随机统计特性及其最大值的预估

 <正> 通常认为,由脉动压力引起的瞬时畸变服从一定的随机分布规律。但至今,在国内外尚未见到有关瞬时畸变的幅值概率密度分布规律的确切描述的文献,即使在脉动压力为正态分布时也是如此。每当要利用瞬时畸变的概率分布规律时,人们总是假定它为正态分布。很显然,这样做有一定的近似性,如在最大瞬时畸变值的预估中,这种近似将会影响最大值的预估精度。     

基于ESN的航空发动机状态组合预测方法

基于回声状态网络(ESN)预测模型,结合小波分析和主元分析,提出一种组合预测方法.首先对含噪非线性时间序列进行小波降噪,并重构时间序列产生训练样本,再将训练样本通过主元分析进行降维处理,降维后的时间序列数据则输入ESN模型进行预测分析.对控制飞机动力输出的动压参数非线性时间序列数据进行了仿真对比实验,结果表明:组合预测方法的5步和单步预测速度累计提高了66.97%,预测的平均平方误差、标准均方根误差和归一化绝对误差也均有较大提高.该方法与传统基于ESN的预测模型相比,能有效地提高预测的效率和精度,是一种有效的非线性时间序列预测方法.      

进气畸变对发动机压缩部件气动稳定性的影响

发展了一种在发动机环境下评定航空涡轮发动机压缩系统稳定工作边界的数学物理模型。压缩系统模型采用基于平行压气机理论的准一维时间相关模型方程以及激盘-滞后-容积的压气机级模型，稳定性模型则采用了对整个压缩系统统一判别的方式。计算过程与发动机非设计点性能计算相关联，使得压缩系统稳定性分析在真实的发动机运行环境（调节规律）下进行。研究了进气畸变对航空燃气涡轮发动机压缩系统稳定工作边界的影响。对总压畸变进气条件下压气机稳定工作边界的变化进行了计算分析，结果表明，进气总压畸变对发动机稳定性有很大的影响，使得压气机稳定工作边界在压气机的特性图中向右下方移动，降低了发动机的喘振裕度。发展的数学物理模型可以正确地反映发动机压缩系统的工作状况，用它判断发动机不稳定工作点的重复性和灵敏度都比较好。     

改进的单级风扇单音噪声解析预测模型

针对单级轴流风扇单音噪声的声模态与声功率(PWL)预测,基于早期的二维叶栅噪声解析预测模型,开发了改进的三维单级风扇噪声解析预测模型。主要目的是可以通过该预测方法快速、准确地给出声场信息以优化风扇设计方案。该模型由模拟转子粘性尾迹,求解静子表面非定常载荷以及模拟管道噪声传播三个部分组成,并采用单级轴流风扇噪声试验数据对该解析预测模型的结果进行了验证。与试验数据相比较,该解析预测模型1BPF单音噪声预测结果误差1.5dB,2BPF单音噪声预测结果误差5dB,同时给出了合理的周向与径向模态声场模拟结果。与传统的叶轮机噪声解析预测模型相比,该方法不仅考虑了三维几何,还可以模拟出管道内的声场结构,计算方法更为合理,噪声预测结果也更为可靠,具有很好的工程应用价值。     

基于桨叶角法的螺旋桨拉力确定方法研究

以SAE AIR4065A指南为基础,对计算螺旋桨拉力的桨叶角法进行了理论推导,考虑诱导速度和不同前进比的影响,对指南中简化后的桨叶角法进行了完善,从而提高了桨叶角法的准确性。以NACA CLARK-Y翼型的试验数据为基础,对改善后的桨叶角法进行了验证。验证结果表明,改善后的桨叶角法能够有效提高不同工况下螺旋桨拉力系数的预测精度。针对飞行试验的需求,提出了在试飞中应用桨叶角法确定飞机螺旋桨拉力的具体思路。