新型航空发动机空气冷却器流动传热性能试验

空气冷却器是航空发动机中空气热量交换的重要场所,针对传统扰动结构强化换热不足问题,重点研究了空气冷却器 中扰动结构的结构形貌特征与流动换热的关系。以三周期极小曲面结构为基础,设计制造了D型极小曲面扰动结构、P型极小曲 面扰动结构和基于Sigmoid函数杂化方法的D-P型（P-D型）结构。并利用纳米CT重构出样品的3维数字特征,试验研究了不同结 构来流速度与压降、换热性能和综合换热性能的关系。结果表明：D型极小曲面结构具有最优的压降、换热性能和综合换热性能： D-P型杂化极小曲面结构的阻力系数f最大,比D型结构的高56.81%;D型的平均努塞尔数Nu比P型的高18.49%,P-D和D-P杂 化结构的换热性能比P型结构的有效提高;P-D型D-P型杂化结构的Nu分别比P型结构的高2%和8.27%。在4种结构中,D型结 构的综合换热性能最优,分别比P型、P-D型、D-P型结构的高40.35%、57.2%、71.02%。     

基于响应曲面法的成型CBN砂轮高频感应钎焊温度均匀性研究

成型砂轮在高频感应钎焊过程中存在温度分布不均匀导致钎焊质量无法满足使用要求，这是长期困扰超硬磨料砂轮高频感应钎焊技术的难题。针对该问题，提出温度均匀性的表征方法，以温度均匀度和平均温度为响应值，基于有限元仿真数据获得了响应曲面法模型。基于该模型，采用方差分析成型砂轮感应钎焊温度均匀性的影响因素显著程度由大到小依次为加热间隙、感应电流、导磁体长度。以平均温度值和温度均匀度为优化目标，基于响应曲面法优化线圈结构和工艺参数，开展了感应加热试验，证明响应曲面法模型优化结果的误差在6.94%以内。高频感应钎焊的成型立方氮化硼（cubic boron nitride，CBN）砂轮宏观形貌显示，钎料在成型面各处铺展的一致性好，表明钎焊过程中在成型面的温度分布具有较好的均匀性。     

多喷嘴氢氧燃烧二元加热器设计与仿真

为了获得均匀的喷管出口参数,设计了两种喷注形式的多喷嘴氢氧燃烧二元加热器和一个拉瓦尔喷管,利用CFD仿真软件对其进行了流场计算,研究了同一工况下不同喷注器构型、速度比和喷嘴压降对喷管出口均匀度的影响.结果表明:喷注器构型对出口气流的均匀程度影响不大,它主要影响喷注器的温度;氢气与空氧混气的速度比越低,出口均匀性越好,空氧混气喷嘴的压降越低,出口均匀性越好;拉瓦尔喷管收缩比对出口均匀性有很大影响,设计时应尽量使两方向收缩比相近.      

非均匀来流下三维激波反问题的微元密切轴对称解法

传统的密切轴对称理论被广泛应用于均匀来流下的三维密切曲面激波反设计，为解决非均匀来流条件下的三维曲面激波反问题，提出了一种微元密切轴对称流场（MOA）求解方法。该方法沿激波面的周向和流向构建一系列微元密切面，在每个微元面内进行三维向二维流动的等效转换，从而突破了传统密切方法中不能有横向波后流动的限制。利用该方法编写设计程序，分别基于带攻角来流条件和外锥型流来流条件重构了标准内锥曲面激波，并与数值仿真结果进行了比较。结果表明，非均匀来流下激波曲面的三维形状均与预设形状完全一致，实现了非均匀来流下曲面激波形状可控。MOA方法在吸气式高超声速推进领域中前体/进气道一体化设计方面有重要应用前景。     

适用于微小型温差发电器的变通道燃烧室设计研究

本文为微小型半导体温差发电机提供合适的热源,对燃烧器进行了结构设计和数值仿真。通过分析微燃烧器内碳氢燃料稳定燃烧的关键条件和因素,对微燃烧器结构进行了设计计算,并对微燃烧器内甲烷/空气混合物的燃烧情况进行了数值模拟研究,探讨改进后模型当量比、质量流量等因素对甲烷/空气混合物在微燃烧器内燃烧的影响。仿真结果表明:(1)不同的甲烷流量对甲烷燃烧影响程度不同,甲烷流量偏高或偏低的情况下,燃烧室内预混气体都无法正常燃烧;(2)合适的甲烷当量比是实现甲烷稳定高效燃烧的关键性因素;(3)文中设计的变通道结构的燃烧室与恒通道结构的燃烧室相比,室内平均温度更高,且温度分布更均匀,燃烧室平均温度为355K—510 K,在一定条件下新模型既能实现燃烧的安全性,同时对于温差发电元件的受热面而言,热量也得到了均匀分布,使其拥有了更好的工作环境。     

航空发动机整体叶盘磨料水射流开坯加工技术研究进展

整体叶盘结构是航空发动机技术发展的一个重要方向，且多采用难加工材料，如何实现整体叶盘高质高效加工是机械制造领域亟待解决的难题之一。通过高压磨料水射流（AWJ）加工技术实现整体叶盘毛坯的开坯粗加工，是一种有效缩短整体叶盘加工周期、降低昂贵铣削刀具成本、提高开坯效率的工艺手段。本文就磨料水射流加工材料去除机理、复杂曲面轨迹优化、多物理量和机械量参数组合优化和整体叶盘开坯设备概述了国内外的研究现状，在此基础上，针对当前具有复杂曲面结构的整体叶盘开坯面临的关键问题，提出了若干解决思路和技术途径，指出了高压磨料水射流在复杂曲面零件高效加工中的发展趋势。     

非均匀来流下等压力梯度曲面压缩系统的试验研究

根据激波和膨胀波理论,设计了Ma=5.3等压力梯度曲面压缩系统。在Ma=3.85和Ma=5.3的小高超风洞完成均匀来流试验,并利用风洞壁面自然发展的附面层进行非均匀来流等压力梯度曲面压缩系统性能试验。试验发现:均匀来流下,试验模型壁面压力均按照等压力梯度规律分布,但来流马赫数Ma=5.3时出口流场均匀性较差;非均匀来流下,大量的附面层吸入不仅影响壁面压力不再呈等压力梯度分布,而且对出口流场均匀性影响也极大。      

基于响应曲面的时效成形材料参数修正

为了提高时效成形中回弹现象的有限元仿真精度,使用均匀试验设计结合响应曲面设计的方法,建立了仿真误差对于材料参数的响应函数,求解出材料参数的修正解。以此法得到的仿真结果与试验结果相吻合。     

环面工具加工叶根过渡曲面的刀位可行域

利用环面工具加工过渡曲面时经常发生整体干涉,主要原因是缺乏对复杂环面工具加工复杂曲面时刀位可行域的研究。虽然采用常规的优化方法在大范围内对可行刀位进行搜索是可行的,但是需要耗费大量时间。为了避免刀具与过渡曲面的干涉并同时提高加工效率,研究了一种更加符合此区域结构特点的刀位优化算法,使得叶根过渡曲面得以无干涉地整体宽行加工。通过对典型叶根过渡曲面的可行刀位进行研究,发现其可行域形状为盾形,且行宽最大的刀位位于该盾形区域的两个底部边界上,有时位于该边界的端点上。根据该原理提出一种最优刀位搜索方法——沿着盾形区域底部边界搜索,应用最优化的刀位可行域以获得高的加工效率。以某航空发动机叶片的叶根过渡曲面为例进行了刀位优化计算、仿真和加工实验,验证了该方法在叶根过渡曲面加工中的有效性。     

整体构件异形曲面电解加工运动分析与设计

为了解决整体构件异形曲面的加工难题，提出了展成电解加工及电解光整加工的方法，分析展成运动方式，讨论确定机床进给运动方案，重点探讨直纹面整体构件叶片间通道电解加工及异形曲面电解光整加工的进给运动参数设计方法，分析并给出合理的流场设计方案。通过优化异形曲面电解加工的数控编程、完善工艺设计与试验，最终加工出了合格件。     

高空模拟试车台空气加温炉改造方案研究

以高空模拟试车台空气加温炉为研究对象,利用数值模拟方法对加温炉燃烧特性、出口空气温度等进行了计算和分析.结果表明:现有空气加温炉由于采用自然进气方式,热能利用率仅为0.2左右.在此基础上,结合高空模拟试车台改造要求,对该加温炉改造方案进行了重点研究.改用三台燃烧器方案后,可有效提高加温管出口空气温度的均匀性,温差基本控制在8K内；合理选择燃烧器安装位置及炉壁辐射参数,加温炉的热能利用率可达0.4以上.     

飞机环境控制系统出口温度计算方法

为保证飞机座舱环境和设备舱电子设备正常工作,现代飞机大都采用高压除水空气循环制冷系统进行环境控制,针对系统出口温度这一重要参数,在给定条件下,通过定性、定量相结合的分析方法,推导出了飞机环境控制系统出口温度的计算公式,找出了系统出口温度与水分离器出口温度及涡轮膨胀比的关系,并对误差进行了分析,给出了修正方法,对飞机环境控制系统设计计算具有指导作用。     

基于高温热管的超燃燃烧室热防护结构

提出了基于先进热管理思想的燃烧室热防护结构.面板采用腔体式平板高温热管,实现面板等温化,降低局部高温区的温度;在热管腔体内部设计燃油冷却通道,实现对超燃燃烧室面板的燃油主动冷却.对其各项性能进行了数值分析,给出了设计参数对系统性能的影响规律,并完成了结构样件研制及石英灯试验考核.典型设计状态下,其单位面积质量为无氧铜面板的35.4%,高温合金面板的38.2%.石英灯局部加热条件下,面板最高温度为1123K时最大温差为80K.相比于传统燃油冷却方式,该型防热结构能够有效提高超燃发动机燃烧室热防护的整体性能,是超燃发动机热防护的一种重要概念.      

船用低排放塔式分级燃烧室主燃级喷嘴结构优化研究

为了满足船舶燃气轮机污染物排放的需求,设计了一种低排放塔式分级燃烧室,并对其主燃级喷嘴进行结构优化,利用数值模拟方法详细研究了不同喷嘴结构下燃烧室的流场特性及性能参数。结果表明,主燃级由直射式喷嘴更换为空气雾化喷嘴时,可有效避免旋流器壁面燃油积碳;燃烧室内油气掺混水平提高,出口温度分布品质改善,出口NO和CO排放量分别降低71.4%和60%。针对空气雾化喷嘴,燃油管道出口与喷嘴出口之间的高度与其内径之比（H/D）对燃烧室油气分布特性和中截面温度分布的影响远高于其空气出口结构形式,H/D过大或过小时,油气掺混水平恶化,污染物排放量增加。燃烧室出口径向温度分布系数随H/D的增大而减小。综合分析燃烧室油气分布、温度分布和性能参数,确定最优喷嘴的H/D=2,空气出口结构为圆柱型。     

蓄热式加热纯净空气直连台试验能力研究

通过试验对蓄热式加热纯净空气直连台的试验能力进行了研究,包括蓄热过程、放热过程以及燃烧室进口颗粒浓度,以得到其加温能力和空气的纯净度。结果表明:蓄热过程时间较长,蓄热器进口燃气温度需要高于指定温度才能使出口燃气温度达到指定温度;空气流量为2.0~4.0kg/s的高压空气来流通过蓄热器后,温度可以长时间保持恒定,目前可以将高压空气加温到1000℃;燃烧室进口颗粒浓度结果表明,其浓度低,可以忽略,认为此空气是纯净的。     

柔性太阳翼在轨热分析

卫星的太阳电池翼在轨的温度状况对其性能和可靠性有着重要的影响。相比于刚性太阳翼,柔性太阳翼有着质量轻,综合性能好,结构也较简单等优点。在考虑了地球红外辐射,地球的太阳反照,太阳辐射加热的前提下,以柔性太阳翼为研究对象,利用I-DEAS TMG建立2种太阳电池有限元模型,分析了柔性太阳翼厚度方向的温差,以及不同太阳高度和工作状态对其在轨温度场的影响。分析结果表明,当飞行器绕轨道飞行进入第2个周期后,太阳电池温度场呈现周期变化特性;柔性太阳翼正反两面温度几乎一致,不会因为厚度方向的温差引起热应力;0°太阳高度角分流状态太阳电池温度最高,温度变化最为剧烈;66°太阳高度角工作状态,太阳电池的温度最低,温度变化最为缓慢;电池板面内温差极小。     

电动环控系统优化仿真分析

基于Flowmaster仿真平台搭建电动环控系统仿真分析模型,分析了系统仿真中飞机热载荷、供气温度与供气量及压力制度,进一步针对电动环控系统的出口温度和压力情况进行仿真分析。在此基础上研究电动环控系统的动态优化控制方案。仿真结果表明,在热天地面起飞、爬升、巡航等飞行状态下,制冷包出口的空气压力满足压力设计制度,且可实现空气温度在-5℃±2℃范围的控制。本文为电动环控系统的设计及优化研究奠定基础。     

一个面向5轴曲面加工的实时NURBS曲面插补器

提出了一个实时非均匀有理B样条(NURBS)曲面插补器,论述了5轴平头刀加工方法运用Taylor展开和坐标变换方法分别推导并实现了NURBS插补、刀具有效加工半径、刀具补偿以及逆运动变换等算法。与传统自由曲面加工不同的是,所提出的插补器能根据刀触点进给率而非刀位点进给率实时生成计算机数控(CNC)机床运动指令。对实例零件曲面进行演示与仿真分析结果表明该曲面插补器可以应用于5轴曲面加工中。     

曲面形状激光自动测量技术

StudyonAutomeasuringTechnologyofCurvedSurfacesbyLaser讨论了曲面形状激光自动测量系统的组成、原理以及测量的实例应用。目前，曲面微观形状测量（如粗糙度测量）的理论、方法和技术都已比较成熟，但具有整体协调要求的大型复杂曲面的宏观形状测量问题，仍然是国内外测量技术领域内尚未完全解决的问题。例如，飞机机翼曲面的宏观形状对飞机整体性能而言至关重要，解决其快速测量问题有助于提高飞机的空气动力性能、飞行性能和寿命、降低油耗、节约能源，还有助于加快飞机产品更新换代的周期。曲面形状激光自动测量系统组成如图1所示…     

变截面管道旋流进气加热的数值模拟

为了研究整体强旋流进气对燃烧室状态改变和对应能量转换特性的影响,突出加热对旋转速度和旋转动能变化的作用,计算了等截面和变截面环形燃烧室中预混旋流甲烷/空气在冷态和燃烧态下的流场,并分析了流场旋流特性的变化。结果表明:提高轴向速度和使用变截面管道结构有助于提高旋流气体的旋转速度,旋流气体在加热条件下旋转速度会增大。采用变截面管道旋流进气加热能够较好实现热能向旋转动能的转变,在燃烧室设计中可以作为能量转换设计的1种潜在方法。