2种进气畸变流道结构对航空发动机

基于某型航空发动机插板式进气总压畸变试验,重点分析了进气段采用收敛形和直线形2种进气流道结构对发动机进口总压畸变流场的影响,并对3维数值模拟结果进行了研究。结果表明：在收敛形进气流道结构下,当插板相对插入深度大于45%后,发动机进口总压畸变流场稳态周向畸变指数逐渐减小,且随插板深度增加,发动机进口畸变流场逐渐趋向均匀;直线形进气流道结构在插板深度逐渐增加时,进口畸变指数平稳增大,流场不均匀性增强,能较好地表征发动机进口畸变流场形态     

大涵道比涡扇发动机总压进气畸变数值模拟

基于数值缩放理念,以一台大涵道比涡扇发动机为研究载体,将三维彻体力模型与二维多子平行发动机模型进行有机结合,初步搭建了适用于分析复杂进气畸变对航空发动机整机流场特性影响的多维耦合计算模型。利用该多维耦合模型定量分析了稳态周向总压畸变及插板式总压畸变进气下发动机内部的流场特性。计算结果表明即便是进口单纯的方波周向总压畸变进气,在经过大涵道比风扇转子作用后在下游内外涵进口的畸变流场特征也将具有显著差异;在内涵进口形成的总压/总温复合畸变在四级增压级中均得到不同程度的衰减;插板式总压畸变进气下风扇转子进口近轮毂处受周向静压梯度驱动将产生一定程度旋流,并导致风扇转子出口轮毂处形成低压区。     

进口畸变下非定常数值模拟进口边界数学模型

进口畸变下压气机内存在的不同空间和时间尺度的非定常流动之间的相互作用是进口畸变对压气机性能影响的重要流动机理.介绍了一种用于周向进口总压畸变下单转子通道内非定常数值模拟的进口边界简化模型,并基于该模型进行了三维非定常数值模拟.数值模拟结果显示了进口周向总压畸变的大尺度总压脉动和压气机转子通道非定常分离流场的相互作用过程.该模型为周向进口畸变的三维非定常数值模拟提出了一种简化方法.      

移动插板容腔对发动机压力畸变流场的影响

基于移动插板容腔对发动机进气压力畸变流场影响,获取了移动插板容腔对小进口直径发动机流场扰动特性。通过发现问题、分析问题、数值模拟、改进设计与试验验证等技术过程,证明了移动插板容腔降低了进气压力畸变流场强度,其影响范围为进口直径小于200mm的发动机,且为避免移动插板容腔对发动机进口气流流场的扰动,设计压力畸变装置时应采取相应措施减小插板容腔体积。      

航空发动机内部齿轮箱主腔流场的数值模拟

通过建立的内部齿轮箱主腔简化模型,应用RNGk-ε湍流模型,对航空发动机内部齿轮箱主腔流场进行了CFD数值模拟,分析了进口旋流对主腔内流动的影响。结果表明:进口速度增加时,进入主腔内的流体会更快穿过主腔流出,并减少与腔内低能流动的混合,且流体在腔内的停留时间与其进口速度存在一定程度的关联,速度越高越快离开主腔;腔内流场以出口位置作为径向分界面,可大致分为上部受进口旋流影响的区域,和底部不受进口气流影响的低速流动区域;在上部区域,由于进口旋流的作用,流场中生成了4个大小不等的旋涡,使得流动掺混增强。     

压力畸变对某型发动机稳定性影响的数值研究

本文采用有效的发动机数学模型，就进口流场畸变对某型涡扇发动机稳定性的影响进行了较深入的数值研究：详细介绍并分析了稳态和动态压力畸变对发动机稳定性影响的结果；讨论和分析了压力畸变在发动机系统中的传递情况以及发动机压缩部件临界级的分布情况。     

基于神经网络的航空发动机进口总压畸变重构研究

为建立适用于畸变容限控制技术的航空发动机进气总压畸变估算方法,采用基于神经网络方法,以飞机试飞测量数据为基础,分别开展了发动机进口总压流场和稳态周向畸变指数重构方法研究。以壁面静压、发动机进口面中心点总压以及攻角、侧滑角数据分别构建了三种不同输入参数组合的神经网络模型,并对比分析了各模型的重构精度和适用性。结果表明:采用神经网络方法可以较好地建立壁面静压、飞行参数与发动机进口总压分布和稳态周向畸变指数的映射模型;以壁面静压、发动机进口面中心总压、攻角和侧滑角为输入的神经网络模型,对于总压流场重构和稳态周向畸变指数重构都具有最佳的重构精度;采用先重构流场总压分布再计算稳态周向畸变指数的间接方法相对于直接重构稳态周向畸变指数的方法具有更高的重构准确性;对于与建模飞机具有相同进气道结构和布局的飞机,训练完成的神经网络模型对总压流场重构具有一定的适应性,对稳态周向畸变指数重构适用性差。     

压气机周期性动态畸变的理论研究

本文建立了周期性动态畸变下压气机内的流场模型, 提出并分析了流动模型的频响问题。并对一实际的两级低压压气机进口总压周期性动态畸变在多种频率下进行了数值模拟。计算与实验表明: 两者不论是总压幅度还是相位均符合较好。      

反推状态下大涵道比涡扇发动机气动稳定性预测与评估

为了预测与评估反推状态下,反推气流再吸入对大涵道比涡扇发动机气动稳定性的影响,采用反推气流扰流流场三维CFD数值模拟、发动机整机稳定性计算分析以及反推状态下发动机进气畸变台架试验相结合的方法,开展了反推气流对大涵道比涡扇发动机气动稳定性影响的研究。通过三维CFD数值模拟手段,捕获了反推状态下发动机进口流场的畸变程度。在此基础上,通过采用稳定性计算程序预测了发动机的气动稳定性,并进一步通过发动机台架试验,验证了预测结果。CFD计算结果表明,随着相对来流马赫数的减小,反推气流被发动机重新吸入的可能性不断增大,当相对来流马赫数减小到0.05时,外侧发动机进口的流场畸变情况变得最为严重。进气畸变情况下的整机稳定性计算分析以及发动机台架试验结果表明,在所考核的目标状态,若只存在因反推气流再吸入引起的进口流场畸变,是不会导致发动机失稳的。     

风扇进气畸变三维非定常数值模拟技术研究

采用三维欧拉方程加体积力模型的方法, 发展了一套三维非定常进气畸变数值模拟程序, 以实现风扇/压气机在进气畸变条件下的全环面三维非定常数值模拟.利用该程序模拟计算了某航空发动机风扇进口稳态总压畸变条件下特性和流场结构, 并与试验结果进行了对比, 结果表明该程序用较小的计算机资源即可以实现对风扇全环面三维非定场畸变流场的模拟, 能够以较高的精度预估气流畸变对压气机/风扇特性的影响.      

基于进气总压畸变指数的发动机实时监控

提出了一种基于进气总压畸变指数智能预测的发动机实时监控方法。在对进气总压畸变试验数据进行混沌特性分析的基础上,采用饱和嵌入维数作为支持向量机输入节点个数的选择,建立支持向量机预测模型,并将该模型应用于对发动机进气总压畸变指数的预测。结果表明,该模型可以对进气总压畸变指数随时间的变化规律做出有效预报,从而为进一步对发动机实施有效的、实时的监控提供有力的保障。     

进气畸变条件下压气机转子叶片的 振动特性研究

航空发动机研制及适航要求中均明确提出发动机零部件的振动特性分析和测试要求,包括评估进气流场畸变对振动特性的影响。对某航空发动机压气机第1级转子叶片进行振动特性计算分析,开展自然进气和进气畸变条件下的叶片振动应力测试。计算分析和测试结果表明:计算分析结果与自然进气条件下测试的叶片共振转速及振动频率一致性好,其激振源主要是压气机结构因素;在进气畸变条件下激振源更丰富,与自然进气条件相比,叶片会被激起额外的振动,且在同一共振转速下振动幅值较大,进气畸变对转子叶片的振动特性产生重要影响。在发动机研制过程中,为提高叶片工作的可靠性,需要加强进气畸变条件下的叶片振动特性试验研究。     

插板式畸变发生器出口动态压力信号的功率谱分析

对两种不同型号发动机进气畸变试验所获得的数据进行了功率谱分析，通过功率谱图可得知发动机进口插板位置、转速等因素对进气畸变动态压力信号频率的影响，为以后的发动机稳定性试验及深入研究提出了依据。     

畸变对航空发动机稳定性的影响

简要地总结和对比了畸变对航空发动机稳定性影响的研究方法。以某型涡扇发动机稳定性数值计算为例,具体分析了进口动态压力畸变对发动机稳定性的影响,其计算结果与实际情况和理论分析基本一致。论证了数值计算作为一种指导和验证手段在工程应用中的重要作用。     

总压畸变对整机稳定性的影响研究分析

为分析进气畸变对发动机稳定性和性能影响,基于带源项的2维非定常欧拉方程发展了1种数值计算方法。利用所建立的模型针对某型发动机分析了总压畸变对整机稳定性和性能参数的影响,以及典型影响因素对临界总压畸变指数的影响。计算结果表明：该模型预测较准确,预测结果具有工程应用价值。     

某发动机风扇进气畸变数值模拟

采用周向平均体积力的方法将叶片对气流的作用简化为体积力源项研究进气畸变对某航空发动机风扇的影响.分别对该风扇在均匀进气条件下和进口存在稳态总压畸变条件下的流场进行了模拟计算,得到了和雷诺平均Navier-Stockes(RANS)计算几乎完全一致的特性线以及流场主要结构特征,在进行进气畸变条件下流场模拟计算时成功地捕捉到了进口畸变扰动在流场中的传播情况,并能够正确反映进气畸变对压气机的影响.结果表明:压气机进气畸变流场有着大尺度、强耦合、信息传播三维性明显等特征,采用周向平均体积力研究方法可以利用非常少的计算资源加深对进气畸变流动的认识.      

航空发动机进气总压畸变地面试验数据处理方法综述

在航空发动机进气总压畸变试验研究中,带有畸变发生器的地面模拟试验在发动机稳定性评定中具有重要作用。试验中通常采用多孔探针/探针梳/探针耙/PIV等测试方法对AIP及其他截面的流场参数进行测试。为了准确描述进气总压畸变的稳/动态特性,需要采用合适的数据处理方法对试验数据进行分析。基于国内外关于进气总压畸变地面模拟试验数据处理方法的研究现状,总结了试验中涉及的相关数据处理方法,分析了不同畸变指标、稳定性评定参数的特点,总结了滤波截止频率选取的方法及原则、相似原理在缩比模型试验中的应用以及总压畸变图谱的类型,对比分析了功率谱密度函数、相关性分析、幅值概率密度函数、小波分析、神经网络、POD分析及DMD分析等统计分析方法的应用特点。最后对航空发动机进气总压畸变地面试验数据处理方法的发展趋势进行了展望。     

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。     

航空发动机进气道出口截面喘振波的分布

用扰流插板使涡扇发动机进气道内产生不对称分布的总压畸变并使发动机出现喘振。在进气道出口即发动机进口截面测取两种不同转速下发动机的喘振压力波。应用小波分析奇异点理论,采用模极大值原理和高阶Daubechies小波多尺度分析,对喘振压力信号进行处理,得到发动机喘振波在其进口截面的波形分布特征。揭示了在两种转速下,喘振波在截面上的分布相似,其频率和幅值与转速成正比。截面中心部分表现为正脉冲,周围部分为负脉冲。在垂直方向上的幅值较大,而两翼较小。对该分布特征进行了分析,初步的推论为:高压压气机引起喘振,稳态压力畸变最严重的区域和未受到畸变扰动的区域,喘振波最为强烈。