基于遗传算法的柴油机喷油系统模型参数辨识

柴油机喷油系统中压力的变化会引起气泡的产生和溃灭,而气泡的变化会对燃油的流动和压力波的传播产生影响.为了更准确预测喷油系统中的初始含气率以及变化情况,提出了应用改进遗传算法对柴油机喷油系统模型中的柱塞腔、出油阀紧帽腔、高压油管和针阀腔初始含气率进行辨识的新方法.基于气泡模型,建立了气-液两相条件下的柴油机喷油系统模型,通过仿真数据和试验数据对比,构造了适应度函数,实现了对柴油机喷油系统模型的参数辨识,并得到了参数优化后的柴油机喷油系统模型.仿真结果与试验数据的比较验证了采用改进遗传算法对气-液两相条件下的柴油机喷油系统模型进行参数辨识的可行性.     

喷油器瞬态两相流动的建模方法

为了研究柴油机喷油器内部的气穴现象,采用一种新的方法建模并进行瞬态两相流动的数值模拟. 首先求解针阀开启时刻的稳态流场,然后导入自编的程序进行瞬态流场的计算. 自编程序是基于Fluent提供的用户自定义函数,用于控制模型边界条件,分析针阀受力情况和计算其运动速度. 初始计算条件来自稳态流场,每一步瞬态计算都依赖之前流场的计算结果. 这种建模方法保证了数值模拟的连贯性和真实性,确定喷油器初始条件就可以完整地计算喷油过程,得到每一时刻喷油器内部的压力分布和两相流分布等数据. 研究结果表明,这种新的建模方法是可行和有效的,其数值模拟结果和实验结果相吻合,并能揭示出喷油器喷嘴入口处气穴现象的产生、发展和消失过程,是进一步深入开展柴油喷油系统两相流动特性研究的一种新的途径.     

搅拌流内大振幅界面波特性研究

针对竖直管内不同工况下气液两相搅拌流内的大振幅界面波特征参数(波形、波幅、波长和频率等)及运动特性进行了实验研究,系统分析了流动参数对大振幅界面波特征参数及运动特性的影响规律。结果表明:由于重力和气流剪切力在大振幅界面波不同运动阶段的影响程度不同,大振幅界面波在运动过程中存在与气流先逆向后同向的运动特点,证明了液泛现象普遍存在于搅拌流内,揭示了造成搅拌流液膜振荡剧烈的原因;搅拌流内,大振幅界面波波形符合正态分布函数特征,且波幅较环状流内扰动波波幅大,但是波幅和波长变化趋势与环状流内扰动波变化趋势相似,即波幅和波长随着气速的增大而减小,随液量的增大而增大,且当气速较小时,临界波幅随着液量的增加逐渐趋于定值;而大振幅界面波平均产生频率随气速和液速的增大而增大。     

两相控温型储液器进出流量的瞬态数值模拟

两相控温型储液器是泵驱两相流体回路（MPTL）系统中的一个重要部件,承担着工质存储、供给、气液分离及精密控温的作用。采用Navier-Stokes方程建立了MPTL系统瞬态模拟的仿真模型,可用于研究热源功率变化时储液器与主回路的动态传热和传质特性。通过仿真与试验对比发现,数值模型的流量误差在±10%以内,验证了模型的有效性和准确度。数值模拟结果表明:热源开关机时,储液器与主回路发生工质交换,气液两相的温度和压力受到影响,系统的流阻也受到影响;随着热源功率的增加,工质交换速率和交换总量随之增加,储液器内气液两相的温度和压力变化趋势随之增大。该模型可用于研究不同工作条件下的流量、温度和干度的变化特性,指导MPTL设计,并在系统搭建前预测系统特性。      

超声激励薄液膜Faraday波形成机理

针对35 kHz超声激励薄液膜形成的Faraday波,采用实验和有限元仿真,对Faraday波的形成机理进行探究。建立超声激励下的两相流计算模型,采用计算流体力学（CFD）方法对Faraday波的形成过程进行有限元仿真,通过分析相图和流线图,探讨Faraday波的形成机理,得到Faraday波的振动频率约为超声激励频率的1/2。液体惯性的存在,导致超声激励与液体表面波存在不断变化的相位差,相位差变化周期约等于2个超声激励周期。通过35 kHz超声激励薄液膜实验,在薄液膜表面观察到排列整齐的Faraday波图案,通过测量Faraday波的波长,得出实验获得的Faraday波频率约为超声激励频率的1/2,与有限元仿真结果一致。      

插装式液控能源选择阀的设计与分析

针对液压系统油源的安全性及可靠性问题,提出油源冗余设计方法,即多油源供给多负载,当某一油源发生故障时能源选择阀切断故障油源,由其他油源给负载提供基本液压能源,系统能完成必须的服役性能。针对液压系统能源选择阀存在的频繁换向与振动问题,提出一种插装式液控能源选择阀,其先导阀采用锥阀和可变阻尼形式,主阀采用三台肩且终端有缓冲功能的滑阀。建立了插装式液控能源选择阀的数学模型,分析了能源选择阀在两种模拟故障下的切换压力及切换时间、油源压力脉动等特性。理论分析结果表明,油源压力阶跃和线性变化时,某能源选择阀切换时间分别为5 ms和7 ms。当压力发生波动时,主阀不会发生振动,还可通过液控先导阀结构设计来控制切换压力和回复压力大小。     

新型主动液压滤波器的设计与分析

针对目前主动液压滤波器体积大、结构复杂等问题,提出了一种占用空间小、结构简单的新型主动液压滤波器. 采用计算流体动力学在时域内对滤波器所载流体域进行了压力分布计算,分别对三组可控参数激励位移幅值D_m及频率f_m作用下的流体域进行分析,通过比较分析发现,D_m和f_m的选择决定着该液压滤波器性能的优劣,如果二者与原始非定常流幅频特性匹配较好,则该液压滤波器滤波效果良好,反之,会使系统压力脉动变的极不稳定,这与波的干涉原理相互吻合. 算例计算结果表明,当激励频率与初始非定常流频率重合达525 Hz,且激励幅值达0.05 mm时,系统的压力脉动峰峰值可从2.26 MPa降到0.25 MPa,即脉动从±5.38%降至±0.6%,说明了该主动液压滤波器的有效性.     

损耗大气中惯性重力波的非线性相互作用方程及其初步讨论

根据弱相互作用理论,本文建立了损耗大气中极性重力波的非线性相互作用方程。这组方程在三个方面推广了前人的工作:考虑了波的空间传播;包含了粘滞产生的衰减;波谱可以是连续的。粘滞衰减率的大小与波的空间尺度以及传播方向有关。Coriolis力的引入使相互作用系数成为复量。根据这组方程,考察了惯性重力波的参量激发。结果表明:在共振条件满足时,主波存在一个阈值,阈值大小与次级波的损耗率成正比。当主波振幅大于这个阈值时,次级波将指数增长。在相互作用过程中,次级波的频率将发生变化,变化的大小与主波能量成正比。      

地面及微重力条件下低温贮箱内相变和传热的数值仿真

为了预测航天器低温推进剂在轨工作时受热后的状态变化,采用二维轴对称Volume of Fluid(VOF)气液两相流计算流体力学模型,同时选择Lee提出的气液相变模型.由于模拟试验采用低温液氮贮箱,因此本文采用低温液氮贮箱为数值仿真对象.微重力情况下,贮箱内气枕区的压力和压力上升率均低于地面状况,重力水平越低,压力和压力上升率越小,并且气体形成的气枕区位置和形状因表面张力大小随温度不同而动态变化,液体区间的温差也随重力水平的降低而增大.     

基于激光诊断技术的汽油直喷发动机喷雾机理

汽油直喷喷雾贯穿度、锥角等宏观喷雾特性,对研究汽油直喷发动机喷雾及燃烧的发生、发展具有重要意义。在设计并建立汽油直喷（GDI）系统的基础上,搭建定容燃烧弹系统和激光测试系统,基于LSD测试技术,研究了喷油压力和背景压力对汽油直喷宏观喷雾特性的影响。通过试验发现,随喷油压力增加,相同喷油时刻下的贯穿度逐渐增加。随背景压力增加,相同喷油时刻下的贯穿度逐渐减少。在不同喷油压力和背景压力下,随着喷射时间的发展,贯穿度均逐渐增加,喷雾锥角为38°~50°。      

高频不稳定燃烧的声学数值仿真

高频不稳定燃烧一直是液体火箭发动机研制过程中所要面临的重大难题之一.采用具有低色散低耗散特点的计算气动声学方法,对自燃推进剂变轨发动机(OME)的高频不稳定燃烧进行时域下的数值仿真.由Crocco的压力时滞模型对燃烧热释放和声波之间的耦合进行模拟,并对不同的时滞模型参数对稳定性结果的影响进行了分析,给出发动机的稳定性极限图,确定一阶切向及一阶径向振型为主的不稳定振型,与地面试车实验捕捉到的不稳定振型相一致.结果表明:采用计算气动声学方法对带有Crocco压力时滞模型的声波扰动方程进行时域下的数值求解,可以对发动机的高频不稳定燃烧进行成功地预测.      

空气系统双腔模型的压力动态特性分析

当发动机突然加速或发生突发失效时,空气系统在短时间内由容腔效应和管道流体惯性所形成的压力波动将对某些空气系统零部件产生负面影响。在经过验证的模块化瞬态空气系统仿真程序的基础上,分析了双腔模型的管道不同部位和容腔的压力变化。重点考虑了关键元件的尺寸对压力变化的影响规律。结果表明,此瞬变过程中出现的压力波动与空气系统的几何结构尺寸密切相关。此模型分析方法可以作为研究整机空气系统瞬变过程的基础。     

高速热气流模拟风洞的供油流量控制

根据高速热气流风洞模拟实验系统对供油系统的要求,设计了基于变频调速加旁路比例节流阀调节的燃油供给系统.通过分析系统各个环节的特点,建立了系统的数学模型.针对燃油供给系统流量反馈的大纯滞后特性,提出了模糊PID(Proportion Integration Differentiation)加预测控制的控制策略.仿真和实验表明:所提出的控制策略满足了高速热气流模拟实验系统对燃油流量控制品质的要求,控制效果优于普通的PID和模糊PID控制策略.     

液体火箭发动机爆震波点火技术初步研究

对液体火箭发动机各种点火技术优缺点进行了对比分析,探讨了各种点火技术方案应用于未来先进推进系统的多管多次点火系统的可行性,讨论了各种点火技术应用方案的结构形式.对爆震波点火技术进行了初步研究,建立了气氢气氧爆震波点火的简化理论分析模型,对其在实际液氢液氧发动机中应用的具体方案进行了分析.分析结果表明,爆震波点火技术可以由低压混合气体产生高温高压的爆震产物,爆震波以高马赫数速度传播,迅速到达各点火位置.爆震波点火技术具备良好的同步性能和简单的结构方案形式,适用于液体火箭发动机多管多次同步点火.     

基于EMD和SVM的机载燃油泵故障诊断研究

针对机载燃油泵故障数据来源较少、诊断效率较低、维护费用较高、缺乏有效故障特征的问题,利用机载燃油转输系统实验平台收集的振动信号和压力信号,提出了一种基于经验模态分解(EMD)和支持向量机(SVM)的机载燃油泵故障诊断方法。首先,利用EMD提取振动信号不同频段的能量值作为特征参量,并结合压力信号均值构造故障特征向量;其次,分别采用遗传算法(GA)、粒子群优化算法(PSO)、樽海鞘群算法(SSA)、网格搜索算法(GS)对SVM的惩罚参数和径向基函数(RBF)参数进行优化,并对优化后的SVM诊断性能进行了评估;最后,分别采用SVM、极限学习机(ELM)、BP神经网络作为分类器,并对3种分类器的诊断性能进行了评估。结果表明:采用3种群智能优化算法的SVM故障诊断率均能达到100%,寻优过程中均未陷入局部最优解,且寻优时间相当,其中GA的训练时间最短,可以采用GA对SVM参数进行寻优;当采用GA_SVM作为故障分类器时,用时较短,且故障诊断率较高,可以选用GA_SVM分类模型实现机载燃油泵的高效故障诊断。      

内孔结构对旋转空化发生器水力特性的影响

空化普遍存在于工业生产、舰船推进、航空航天等领域.使用高速相机对闭式循环试验台的旋转空化发生器内部流动进行试验观测,然后基于RNG k-s湍流模型和Zwart-Gerber-Belamri空化模型开展了旋转空化发生器流场的数值模拟.结果表明数值模拟结果与试验观测数据吻合较好,验证了本文数值模拟方法的准确性和可靠性.受离...     

重油航空活塞发动机燃油喷射技术

燃油喷射技术作为航空活塞发动机的关键技术之一,其结构形式及特性直接影响航空活塞发动机的整机性能,随着通用航空对发动机性能要求的不断提升,燃油喷射技术的发展也在不断延续。综述了当前各种重油航空活塞发动机采用的燃油供给系统,对其适用的经典机型进行了梳理,总结了各种燃油供给系统的优缺点。阐述了研究重油喷射技术采用的前沿理论、仿真计算及试验方法,分析了研究重油雾化过程存在的难点,给出了研究重油喷射技术的相关建议。提出了未来重油航空活塞发动机发展思路和关键技术,重点希望对重油航空活塞发动机的正向研制提供技术指导,推动中国通用航空的可持续发展。