优化方法在轴流压气机转子叶片气动设计中的应用

尝试将数值最优化方法应用于压气机叶片气动设计。针对一台高压比、小流量轴流压气机转子,采用任意回转面叶型优化设计和三维叶片优化设计,实现了达到给定压比、流量前提下较高效率和较大稳定工作范围。研究结果表明:转子叶片通道内流动可采用S1/S2两类流面近似,采用S1/S2两类流面设计方法可得到气动性能较好的转子;以叶型积叠线、安装角及子午面流道作为设计变量,采用三维叶片优化方法可进一步提高转子气动性能。     

APU风车启动中压气机特性计算与分析

以某离心压气机为研究对象,数值计算离心压气机风车工作流动特点,分析了工作叶轮叶片受力情况、探讨了APU风车点火转速存在上限值的成因.研究表明,采用等转速特性线插值获得风车状态的流量、压比和温比的精度和置信度是可取的;后弯叶片是冲击气流吹转离心压气机的主要受力面,工作叶轮在5％设计转速(Nd)以下对外输出力矩,辅助涡轮部...     

离心压缩机内进口导叶后面流场的实验研究

在不同的进口导叶预旋角度下对一单级离心压缩机级进口导叶后面的流场进行了测量,分析了进口导叶预旋角度对流动及性能的影响.结果表明:在适当的流量工况下,选择不同方式的进口导叶预旋,可以使得压缩机级的运行得到优化.-20°预旋角是在设计扩压器进口安装角下使压缩机运行最理想的工况.由于叶轮旋转的影响,以及非对称形状的蜗壳在叶轮进口形成的不均匀的流场,使得在进口导叶零预旋时,叶轮进口的流动具有预旋,其同轴向的夹角约为10°.当体积流量减小时,由叶轮旋转和蜗壳形状引起的预旋角度也相应的减小.     

低速离心压缩机旋转失速的试验研究

对某低速离心压缩机无叶扩压器壁面静压波动和内部流场进行了详细的试验测量,重点研究了小流量工况下的不稳定流动和旋转失速.在试验中,首先使用高频动态压力传感器获得了不同流量工况下扩压器前盖板处的静压波动,并对测量结果进行了频谱分析,以确定旋转失速起始工况点和不同小流量工况下的失速频率.然后使用PIV测速设备详细测量了在失速条件下,无叶扩压器及叶轮流道内部的流场变化.试验丰富了对低速离心压缩机旋转失速流动现象的认识,为设计高性能的离心压缩机提供了丰富的实验数据.     

航空发动机离心压气机叶片转静干涉强迫振动响应分析

针对航空发动机离心压气机叶片存在的高阶共振高周疲劳掉块问题,采用强迫振动响应分析方法,对转静干涉流致激励情况下离心叶轮潜在的高阶共振进行振动应力预估。离心压气机流场使用全周三维非定常流场求解,随后将关注频率下的非定常气动力引入转子叶片有限元分析中,对离心叶轮开展稳态响应分析,得到了叶片振动响应位移及振动应力分布结果。仿真结果与试验测得的最大振动应力以及叶片发生高阶共振损坏位置比较一致,提出的方法可为航空发动机离心压气机叶片转静干涉强迫振动响应分析提供参考。     

保形通道式扩压器在微型涡喷发动机中的应用

采用结构新颖的保形通道式扩压器并运用其三维设计方法,对某直径16 cm的微型涡轮发动机的扩压器进行改进设计.改进型微型扩压器由完整的主叶片和布置于通道后部的分流叶片构成,相较于原型的径向、轴向分段叶片式扩压器,可全程对气流的扩压度和流向进行控制,避免气流在无叶转弯段的强烈掺混,减小流动损失.数值模拟结果表明,在设计工况下,改进前后扩压器的流量特性基本保持一致,改进型微型扩压器总压恢复系数提高5.5%,扩压能力亦有明显增强.     

燃烧室涡流器流量系数与阻力系数的试验分析

在航空喷气发动机燃烧室中,广泛采用叶片涡流器来控制进入火焰筒头部的空气流量並建立强回流区。为了有效地进行燃烧室设计,必须了解火焰筒的空气流量分配。实践表明,涡流器流量系数与阻力系数的选取将显著地影响主燃区西的流量分配及燃烧室内流路参数的计算精度。而通过涡流器的损失主要取决于叶片的安装角、叶片数、展弦比及叶片通道面积。本文总结了一组具有不同安装角、叶片数及通道面积的涡流器的试验结果,提供了一套涡流器的流量特性与阻力特性曲线,並建立了涡流器的阻力系数与涡流数、安装角及叶片数之间,以及涡流器叶片损失与总损失之间的经验或半经验公式。     

不同冲角下有叶顶间隙的涡轮叶栅拓扑与旋涡结构

对具有叶顶间隙的直叶栅和正、反弯三套涡轮叶栅进行了实验测量,研究在较大间隙(0.036)下,气流冲角和叶片弯曲对叶顶泄漏流动的影响.根据壁面流动的墨迹显示,应用拓扑学原理,分析了叶片表面和上、下端壁的拓扑结构,指出当气流冲角由0°增至20°时,与零冲角下的同类叶栅相比较,鞍点的位置均移向上游,分离区的范围在沿流向和垂直流向的方向上扩大,上、下通道涡分离线向叶展中部爬升.在冲角为零以及20°的情况下,叶片正弯均消除了上通道涡,这一方面减少了壁面流场中奇点和分离线的数量,较大地降低了上通道涡与泄漏涡的相互作用损失,另一方面强化了端壁横流对泄漏流动的封堵作用,有利于降低相对漏气量.     

弯曲叶片对压气机轮毂-角区失速的影响

为了数值模拟弯曲静子对某两级低速轴流压气机总体性能及轮毂-角区失速的影响,选取了第1级静子进行弯曲。弯曲静子积叠线为贝塞尔曲线-直线-贝塞尔曲线(Bezier-line-Bezier,BLB)形式,弯高为20%叶片高度,弯角为10,15,20,25和30°。结果表明,弯曲叶片能有效抑制小流量范围内的轮毂-角区失速,从而改善压气机的性能。过度的弯曲会带来较大的叶型损失,从而导致大流量工况下压气机效率有所下降。扩散因子不能作为判断轮毂-角区失速是否存在的主要依据。     

带分流叶片离心压气机工作轮气动优化设计

将三维Navier—Stokes方程流场计算、网格自动生成、叶轮几何参数化与数值最优化方法相结合,构成了离心压气机工作轮自动优化设计软件。在几何参数化过程中,将叶片型面和子午面流道均作为设计参数,实现了组合优化。设定目标函数时兼顾非设计点性能,实现了在设计转速下整个流量范围内的气动性能优化。采用所研制软件,对带一排分流叶片的离心压气机工作轮进行了优化设计,结果表明优化后的工作轮在压比变化很小的前提下效率有明显提高。     

扩散角对汽车风洞扩散段流动的影响

传统的汽车风洞设计一般参考现有风洞的设计经验和沿用工程估算方法.扩散段是汽车风洞的主要部件之一,它的设计经验和估算方法通常基于均匀来流.笔者采用v2f湍流模型研究两种非均匀来流工况下,不同扩散角对扩散段流动的影响.模型风洞扩散段出口速度分布的数值模拟结果与试验结果的一致性表明:使用v2f湍流模型能够真实反映扩散段流动特性.与均匀来流相比,非均匀来流大幅度增加扩散段总压损失因数,约增加420%.壁面摩擦损失和流动分离损失的相互作用使风洞扩散段在某一扩散角下存在最小总压损失因数,且扩散段进口速度不均匀度越大,最优扩散角越大.     

双层壁扩压器波瓣喷管引射掺混流动的实验研究

为得到双层壁扩压器与波瓣组合的引射混合效果 ,用七孔探针测试了流动的速度场和压力场 ,借助进口流量管、维辛斯基型面收敛段和笛形动压管测出了主次流的流量。结果表明 :波瓣除了引射次流之外 ,在双层壁之间还引射了环境气流 ;扩压角小于 1 0°,引射流量比的理论值与试验值符合较好 ,扩压角增大引射流比和双层壁间的引射流量比都增大 ;扩压角大于 1 0°时 ,扩压角增大引射流量比和双层壁间的引射流量比下降 ,而理论计算的引射流量比却增大。此外 ,还获得了主次流截面比、主流速度等参数对引射流量比、双层壁间引射流量比和流动速度分布的影响结果。     

跨声速风洞扩散段数值模拟

运用时间相关的全隐ＡＦ方法,计算二维及轴对称亚声速高速扩散段内流场。流动控制方程使用全Ｎ－Ｓ方程。湍流模型选择了Ｂａｌｄｗｉｎ－Ｌｏｍａｘ代数湍流模型,和两层κ－ε二方程模型。经过同国外实验结果的比较,证明本文计算结果合理。在此基础上,计算了中国气动力研究与发展中心２．４ｍ×２．４ｍ引射式跨声速风洞第二扩散段在不考虑喷流干扰及常规运行状态下的流场。     

相对突扩间隙影响压力损失的研究

相对突扩间隙δ是影响短突扩扩压器与火焰筒相互匹配的重要参数，直接影响前置扩压器流场，燃烧室三股流的流量分配等。通过对相对突扩间隙影响压力损失的试验和数值模拟研究，获得了总压损失系数相对突扩间隙的变化规律：随相对突扩间隙（δ＝1.2-3.0)由小到大的变化，总压损失系数先变小，后增加，即存在最佳的相对突扩间隙，使得压力损失有最小值。     

风力机叶尖涡特性及其控制

通过数值模拟研究了风力机叶片尖部尾涡强度和控制方法。在叶片尖部设计了不同倾斜角的漩涡扩散器来控制叶尖涡,分析了风力机叶片尖部漩涡特征和叶片表面压力分布情况。同时,研究了叶尖涡强度随风轮尖速比变化规律。研究结果表明,叶尖涡扩散器能够提高叶尖涡涡核的总压,削弱其漩涡强度。在粘性作用下,风力机尾流漩涡耗散更快,可有效地削弱翼尖尾涡的强度,提高叶片效率。     

获得等和线的一种简易方法

本文提出在激光全息光弹性方法实验中获得等和线的一种简易方法。文中把一般全息光弹性仪的光路作了改进。把物光光路排列成类似普通光弹性仪的光路。在这个光路中来自分光镜的圆偏振光依次通过扩束镜,准直镜,模型,退偏振漫射器、四分之一波片和线偏振器,最后到达全息干版作为物光。参考光也来自分光镜,在分光镜处它与物光是同旋的圆偏振光。按照这样排列光路,不管模型上是否加有载荷,当用激光全息的单曝光全息图再现时,只能看到模型的像而看不到干涉条纹。如果用两次曝光全息光弹性法所得到的全息图再现,一次曝光是模型上未加载荷,另一次曝光是模型上受有载荷,这时能看到干涉条纹。如果由于受载而模型的厚度发生变化,这时的干涉条纹就是等和线。 文中用琼斯运算作了分析,并且给出径向受压圆环的实验结果。     

扩压器套料电解加工绝缘套结构刚度优化研究

扩压器是航空发动机压气机的关键部件,对发动机性能、效率及运行工况有重要影响。为解决扩压器套料电解加工过程中绝缘套结构刚性差易变形进而影响加工稳定性的问题,提出了绝缘套刚性优化方法,在绝缘套自由端处设计了加强筋结构,开展了不同加强筋形状、尺寸下的流固耦合仿真对比研究。当加强筋两端为圆形、宽度b=2 mm、距底端距离h=6 mm时,与未设置加强筋结构相比,最大变形量减少了88.3%。研制了带加强筋的扩压器套料电解加工绝缘套及阴极结构,开展电解加工试验研究,实现了阴极进给速度为1.4 mm/min稳定加工,加工稳定性和效率显著改善,验证了绝缘套刚性优化方法的有效性。     

基于IPO的进气道扩压器电磁散射计算方法

进气道RCS目标特性在整个飞机中占有较大比例,但作为电大尺寸腔体,其RCS特性评估与外机身相比有其固有困难。本文研究了适合于任意腔体RCS评估的迭代物理光学算法,该方法基于磁场积分方程属于高频算法范畴,可以较精确地计算出进气道金属表面电流矢量分布并给出令人满意的RCS结果。通过软件开发实现了任意腔体RCS特性评估,并用标准算例考核了程序准确性。应用该软件对某型心线一定的金属进气道S弯扩压器开展计算研究,获得了不同宽高比扩压器在入射波长为0.03 m下的电磁散射特性变化规律。     

基于有限元法的风洞结构故障诊断

针对2.4m风洞第一扩散段在运行过程中出现的裂纹现象,应用振动测试技术和有限元分析方法,进行了不同工况条件下振动测量和脉动压力测量,获得了结构在气流脉动压力作用下的主要振动频率范围.通过与有限元分析结果验证对比,诊断出了第一扩散段产生裂纹的原因在于内壳体裂纹板与气流长期耦合振动,结构疲劳从而导致出现裂纹.最后在此基础上提出了合理的整改方案,对结构进行了动力学修改.结果表明:结合振动测试,基于有限元法对风洞结构进行故障诊断是一种行之有效的方法.     

短突扩扩压器压力特性的数值研究

短突扩扩压器的性能好坏直接影响到短环燃烧室的总体性能 ,压力特性是扩压器性能最重要的衡量指标。为了进一步深入地研究 ,采用三维数值模拟的方法 ,探讨了短突扩扩压器前置扩压器进口马赫数、突扩角和突扩间隙等参数与压力损失间的变化关系 ,并与试验结果进行了比较。计算结果表明 :在本研究的参数范围内 ,总压损失随进口马赫数的增大而变大 ;存在有最佳的内外环突扩角的组合 (βi=40～ 45°,βo=40～ 5 0°)及相对突扩间隙 (δ=1 .48～ 1 .9) ,使得总压损失系数 σ*最小。数值模拟的结果与试验相比 ,其变化规律是相同的 ,最小总压损失系数所对应的各结构和流动参数的范围与试验也是一致的。