借助高空台和飞行台 支撑航空发动机自主创新

<正>航空发动机试验是发动机研制工作的一个重要组成部分。试验的目的很多,但主要是为了验证设计的可行性与工艺的可靠性,以及考核检验调试的方法,对发动机质量及性能做出评价。发动机在装飞机前,需要在模拟高空环境或真实高空环境下进行整机试验,其手段包括高空台试验和飞行台试验两种。     

航空发动机柔性部件结构的热力耦合优化设计技术

<正>先进结构优化设计的发展为发动机复杂结构系统的设计开辟了新的有效途径,满足复杂系统的多准则设计需求与综合性能指标要求,并达到缩短设计周期,降低研制成本特别是试验成本的目的。航空发动机具有其独特的设计特点,是一种集气动、传热、结构、强度、材料等多学科于一体,在有限狭小设计空间内承受高温、高压、高速等苛刻工作载荷条件的复杂精密机械系统,对结构重量、材料、强度、气动性能、可靠性和寿命等均具有极高的要求。纵观国内外航空发动机发展历程与现状,高性能航空发动机的     

QD-×××燃气轮机验证机台架试车的性能研究

QD-×××燃气轮机是由某型发动机改造成的燃气轮机,试车过程中解决了验证机起动、稳定工作并达到燃气轮机设计要求。试验数据表明:发动机改进设计后实测输出功率小于发动机设计计算功率,经过分析得出,验证机排气温度高,内涵空气流量小,是验证机输出功率小的根本原因。     

涡扇发动机传感器故障诊断的快速原型实时仿真

为快速高效地完成涡扇发动机传感器故障诊断算法的硬件在环仿真试验,构建了以NI CompactRIO为核心的传感器故障诊断系统的快速原型实时仿真平台.基于一簇卡尔曼滤波器,在LabVIEW编程环境中建立了传感器故障诊断系统.分别在涡扇发动机模型稳态和动态工作时完成了对单个传感器故障的检测、隔离和重构的硬件在环仿真试验并验证了算法精度.经过大量试验,结果表明:基于卡尔曼滤波器理论的诊断算法能在传感器故障情况下确保控制系统安全运行,诊断精度最高可达1.4%;同时表明,该快速原型实时仿真平台的设计是成功的.研究工作为发动机传感器故障诊断系统的半物理仿真试验奠定了基础.      

基于等强度设计的发动机畸变试验径向多点探针研制

在分析发动机进气畸变试验环境复杂性的基础上,提出了探针强度失效的概念。根据对失效表现、失效机理的系统分析,构建了探针强度设计考核流程。依此流程,通过多轮强度迭代模拟与考核试验,设计了近似等强度径向6点总压探针,得出了探针强度失效动应力监视限值。利用所设计探针,顺利完成了发动机进气畸变试验测试,成功解决了因探针强度储备不足造成的径向测点被动删减问题,确保了畸变流场径向数据的全面性,为发动机畸变性能的准确评定提供了依据。     

航空发动机数控系统综合仿真平台设计

综合现有软硬件资源,采用模块化方法设计了航空发动机数字电子控制系统综合仿真平台,其框架主要包括发动机模型系统、传感器信号模拟与处理、控制器快速原型等子系统.发动机模型系统采用集成仿真环境调用液压执行装置和发动机数学模型库方式设计;快速原型系统采用Matlab/Simulink环境下将控制程序封装成S-Function的方法设计;软件设计重点描述了混合编程与定时器编程技术.以某双轴涡扇发动机为应用对象,进行控制系统数字仿真、半物理模拟试验和台架试车,在相同控制参数下,仿真试验与台架试车结果相似,表明所设计综合仿真平台具有工程应用价值.      

飞机和发动机控制一体化设计方法标准研究

针对国内飞机与发动机控制一体化设计标准全面展开研究工作,围绕飞机、发动机控制架构和使用分析、系统功能、性能需求设计分析、系统工作环境、与飞机/发动机接口关系设计分析、系统可靠性、维修性、保障性、安全性、测试性要求设计分析等提出了标准编制的内容要求,并对标准验证中试验验证要求提出建议,未来为标准制定提供技术支撑和借鉴。     

军用航空燃气涡轮发动机包装运输设计研究

为了有效防止损伤和环境腐蚀,需要对军用航空燃气涡轮发动机进行良好地包装运输设计。重点分析研究美国发动机的包装运输设计,包括规范与标准、运输装置与运输方式、运输车运输、运输罐运输、托架运输等。简要介绍中国的发动机包装运输设计,比较美国与中国的发动机包装运输设计。提出借鉴美国设计完善和改进中国战斗机发动机包装运输设计的建议。     

624所高空台荣获“95全国十大科技成就”奖

连续气源航空发动机高空模拟试车台（简称SB101高空台）,是在地面上模拟飞机空中飞行环境条件下进行航空发动机试验的大型试验设备,是新研制发动机不可缺少的关键科研手段,也是一个国家能否独立自主研制航空发动机的重要标志之一。 SB101高空台是国家重点建设工程项目,于1965年开始设计建设,由559台套大中型标准和非标准设备所组成。由于规模大、投资大、技术复杂,目前世界上仅美、俄、英、法才拥有这样的高空台。经过近30年的努力,主要依靠自己的力量完成了设计、制造、安装、调试、高空模拟试验技术研究和国际对比标定等工作,于1995年11月25日通过国家验收委员会验收,正     

液体火箭发动机结构动力学设计关键技术综述

随着液体火箭发动机技术的发展，结构动力学问题成为影响发动机寿命及可靠性的关键技术之一。经过多年努力，发动机结构从最初的静强度、安全寿命设计思想逐步发展为以动静强度联合、经济寿命设计为指导的研制理念和方法，并在型号中得到了成功应用，使发动机结构的工作可靠性得以大幅度提高。由于新型号火箭发动机结构的日益大型复杂化及工作环境的极端严酷性，为满足高性能、高可靠性、轻量化与可重复使用的研制需求，发动机结构动力学设计技术问题亟待解决。本文在分析发动机结构中典型动力学问题的基础上，梳理并重点介绍了载荷预计、动力学建模及模型修正、动强度评估与寿命评定、结构动力学优化及抗疲劳设计等关键技术，最后给出研究总结及展望。希望本文为液体火箭发动机结构动力学设计技术的发展提供支撑。     

SARI的发动机结构可靠性研究工作的一些回顾

从发动机研制和使用中的一些重大结构故障可以看出,结构可靠性是发动机研制中的头等重要工作之一。本文叙述了沈阳航空发动机研究所(SARI)对设计,研制和使用中的发动机做过的一些改进结构可靠性的工作,重点介绍了应力分析、光弹性试验、构件强度与疲劳试验以及在发动机试车中的应力实测,强调了必须在设计初期就综合考虑设计,制造和维修要求,采用计算机辅助设计、优化设计、损伤容限分析和可靠度分析等先进设计方法,才能最有效地提高结构可靠性。     

航空发动机空气系统验算标定

利用流量特性试验得到的相关流路元件的流阻计算模型,和旋转状态下阶梯齿风阻温升计算方法,通过调节封严篦齿间隙等参数,对航空发动机空气系统的压力、温度进行验算标定,并根据验算结果分析发现后续试验中存在和需要注意的问题。验算标定结果表明:通过对发动机试验工况的验算标定,可发现试验中存在的问题,较准确地模拟出后续试验中的问题和试验风险,确保发动机的工作安全,并为空气系统的进一步改进和优化提供依据。     

基于试车试验的涡轴发动机整机喘振裕度研究

某涡轴发动机在外场使用过程中,由于进气环境的影响和多发不同的装机位置等因素,致使发动机出现偶发喘振或前喘征兆等现象。为此,对原型机转子进行改进设计。同时,采用试车试验的方法,测算并验证改型机的整机喘振裕度。结果表明:在整个工作范围内,改型机的整机喘振裕度得到了全面提升,设计点喘振裕度由10.65%提高至16.21%。试验可为该系列发动机设计制造和改进使用提供数据参考。     

航空发动机进口测头装机的强度及气动分析

在飞行试验中考核航空发动机的性能特性时,发动机进口的大气总温和总压是必不可少的关键参数,需要在进气道出口加装总温总压测头。为了确保测头的结构强度能够满足要求,同时不造成大的总压损失和进气畸变,需要对测头装机的强度及气动性能进行分析,主要包括测头的强度校核和模态分析以及测头对发动机进气道性能及稳定性的影响评估两个方面。通过以上分析确保了测头装机的安全性和功能性能指标,推进了航空发动机试飞工作的顺利开展,同时也为后续航空发动机型号中测头的设计和使用等提供依据。     

民用涡扇发动机高高原起动风险规避试验方法

为了保证民用涡扇发动机在高高原机场首次试飞起动成功,采用建模设计方法,建立了发动机部件级起动模型,包括高 海拔气候条件对起动机特性的影响、旋转部件低转速特性延伸和修正、高海拔燃油雾化及点火对燃烧室效率的影响、发动机附件 阻力和功率损失、风阻和吸放热等模块,设计了民用涡扇发动机高海拔起动控制规律。采用仿真和试验分析技术建立了民用涡扇 发动机起动方案设计方法和试验调试优化方法,详细分析了起动机能力降低、转子运转阻力增大、燃油喷嘴雾化效果差、部件效率 和稳定性降低等4项影响高高原起动成功的因素。按照循序渐进的原则设计了高高原试飞起动风险规避试验流程。试验结果表 明：设计的民用涡扇发动机高高原起动风险规避试验方法有效,确保了飞机首次转场高高原机场降落后成功起飞。     

涡扇发动机主燃油流量监控模型的建立及验证

单发飞机装配新型发动机试飞具有较高的风险,作为发动机重要性能参数的燃油流量,可在一定程度上反映发动机的潜在故障。为确保某型涡扇发动机飞行试验安全,需对发动机主燃油流量建立监控模型。利用地面台架试验数据,结合主燃烧室喷嘴和主燃油计量装置的工作特性,建立了主燃油流量监控模型,并与装机后的地面试验数据进行对比。结果表明,该监控模型有较高的准确性和通用性,能及时发现发动机可能存在的问题和故障,确保飞行试验安全。     

涡扇发动机燃油综合控制半实物仿真试验系统

建立了某涡扇发动机气动热力学模型和该型发动机综合电子调节器、主燃油泵调节器的实验室工作环境。发动机数学模型运行在计算机上,通过VXI总线技术,将其与控制器和执行机构实物连接,组建了某涡扇发动机燃油综合控制半实物仿真试验系统。对该半实物仿真试验系统进行试验,结果表明:该半实物仿真试验系统能有效地对该型发动机燃油进行静态和动态控制,为开展发动机的全权限数字电子控制(FADEC)系统研究和先进控制理论在发动机控制中的应用研究奠定了试验基础。     

30kW级航空电驱动涵道风扇设计与试验

为适应未来航空电气化的发展需求,研究了30kW级航空电驱动涵道风扇设计方法。涵道风扇性能设计基于航空发动机压缩部件设计流程。以推进系统总体性能为设计目标,完成了转子、流道以及短舱的气动外形设计。对各组成部件建立性能分析模型,评估全工况范围特性。涵道风扇结构设计采用风扇-电机一体化设计思想,简化连接方式的同时减少零件数。采用航空发动机结构强度分析方法,对涵道风扇各部件的应力、振动等特性进行评估分析。完成了30kW涵道风扇试制并开展地面和飞行试验研究。按照航空发动机整机试验方法,在整机试验台架完成涵道风扇地面性能试验。通过对比分析,试验结果与设计值误差在5%以内,验证了设计方法的有效性与正确性。涵道风扇配装轻型通航飞机完成了飞行试验,全系统工作正常,进一步验证了实际使用环境下涵道风扇的工作可靠性。     

多功能便携式数据采集系统设计与应用

为了满足航空发动机外场试验要求,针对某型发动机外场试验设计了多功能便携式数据采集系统。选用NI cDAQ等军品级电子器件采集发动机的压力、温度、转速等参数;采用市电与军品锂电池供电方式保证系统的正常工作;系统软件基于LabVIEW平台进行设计,实现了数据采集、显示、存储、复放、通道自检等功能;外场发动机在装机状态下即可利用该系统进行地面试验。外场测试结果表明:所设计的测试系统具备功能完善、使用方便、携带便捷等特点,可满足系统的设计要求。     

小型固体发动机壳体隔热层的试验研究

本文在初步设计基础上,经过反复实践,总结了这类型固体发动机壳体隔热层设计中的几个问题。对于自由装填隔热层的设计,首先确定在发动机工作条件下允许的应力应变,其次选用高温力学性能较好的树脂和烧蚀率小的结构方案。这样,可以承受热载荷的冲击,耐冲刷和耐烧蚀。试验结果与计算较一致。