航空发动机压气机内部流体诱发声共振研究进展

声共振是一种涡声相互作用诱发的特殊声学共振现象,可产生超过160 dB的纯音噪声,不仅严重影响环境舒适性,还可引起结构件的疲劳破坏,在火箭燃烧室、军机弹仓、汽车天窗以及热交换器管束等多个工程领域内引起了设计者们的足够重视。与此同时,越来越多的研究表明航空发动机压气机内部同样存在声共振问题,其引发的叶片断裂故障也屡见不鲜,已逐渐成为国际范围内的一项研究热点问题,但对其物理机制的认识仍待完善。本文系统性阐述了压气机内部声共振的机理、试验测试、预测方法和控制措施的研究现状及其发展趋势,旨在扩展对流体诱发叶片振动方面的基础理论认知,为提升压气机设计和排故能力提供技术储备。     

压气机声共振特性理论预测与试验研究

航空发动机压气机声共振是一种复杂非定常流动现象,能够造成压气机气动不稳定,甚至可能导致压气机叶片疲劳破坏。针对某高压压气机一级转子叶片振动疲劳失效问题,开展压气机声共振理论研究,建立声波在叶片排间传播与反射的分析模型。发展压气机声共振特性预测方法,对压气机声共振进行预测分析。基于发展的理论预测方法,开展某压气机声共振试验测试,通过多参数动态测试分析技术,获取压气机发生声共振时管道内部模态传播特性和叶片振动特性。试验结果表明：压气机发生声共振时转速与预测结果相吻合,一级转子叶片表现出锁频特征,压气机内脉动压力场、同级转子叶片间均存在强烈的周向传播特性,周向传播模态为13阶,符合特征频率的理论分析结果。一级转子附近脉动压力幅值最大,为声波轴向传播的主反射区,与预测结果相吻合。     

航空发动机压气机大小叶片技术

介绍了航空发动机大小叶片压气机的工作原理和国内外研究状况,对其在涡轴、涡扇发动机上的具体应用进行了研究,并分析了其技术应用的可行性、实用性和有效性。     

高性能航空发动机先进风扇和压气机叶片综述

详细介绍了国外高性能航空发动机先进的风扇和压气机叶片的特点、发展和应用。所介绍的叶片,包括掠形转子叶片、弓形静子叶片、吹吸叶片、分流小叶片、空心叶片和复合材料叶片。     

航空发动机压气机整流导向叶片裂纹故障分析

针对航空发动机中LD2CS铝合金压气机整流导向叶片裂纹故障,根据导向叶片结构设计特征,采用故障部位切片检测、裂纹宏微观形貌观察、振动模态计算、加工工艺优化等方法对其进行故障分析及研究,确定导向叶片产生裂纹的性质及原因,并提出相应的预防措施。     

基于航空发动机产品需求的压气机技术研究

压气机是航空发动机的关键核心部件,随着先进作战飞机对航空发动机需求的不断提高,快速研制全面满足发动机产品需求的压气机是工程设计人员面临的重大挑战。为保证设计的压气机全面满足发动机产品需求,介绍了先进作战飞机发动机的典型技术特点以及对压气机全面的技术需求,梳理了压气机满足发动机需求需重点考虑的影响因素,开展了宽转速范围高效率设计技术、全飞行包线高稳定裕度设计技术、高性能保持能力设计技术、高可靠叶片设计技术、高稳健压气机转子设计技术、高可靠调节机构设计技术、高安全性以及高环境适应性设计技术研究。结果表明：基于需求的综合设计可以保证压气机的综合性能。该研究可为设计全面满足发动机产品需求的压气机提供参考和依据。     

航空发动机压气机叶尖径向间隙变化规律研究

航空发动机压气机转子叶尖径向间隙设计需保证间隙最小,且不发生碰磨。结合压气机转子叶尖径向间隙有限元仿真和测量结果,研究了压气机转子叶尖径向间隙的变化规律,确定了叶尖径向间隙最小、容易发生压气机转子叶尖径向整圈碰磨的典型过渡态历程,即当压气机出现近似“冷机匣、热转子”时快速上推到大状态(中间或最大状态),或发动机进口降温等典型过渡态过程;同时,确定了叶尖间隙最大的典型过渡态过程,即当压气机出现近似“热机匣、冷转子”时快速下拉到慢车状态,或发动机进口升温等典型过渡态过程。为避免发动机正常工作中发生压气机转子叶尖与涂层径向整圈碰磨,提出了适用于发动机仿真分析用的加、减速过渡态程序,可供工程设计参考。     

航空发动机压气机径向间隙设计方法研究

简述了航空发动机压气机径向间隙控制的意义、作用,以及径向间隙设计选择的依据。对发动机压气机径向间隙的计算方法进行了研究,提出了更加完善的径向间隙设计方法。采用该方法对某发动机压气机径向间隙进行了设计,具体分析了影响径向间隙的因素及其变化规律。试验验证表明,使用该方法能获得安全可靠的压气机径向间隙。     

航空发动机压气机转子重量预估方法研究

在航空发动机结构方案设计阶段，要从众多设计方案中选出一个既合理、又经济，既满足性能要求、又具有较轻重量的设计方案，需要对不同设计方案进行重量预估。本文针对压气机转子，提出了一种预估其重量的方法，并进行了实例计算。取得了较满意的结果。     

基于Kriging方法的航空发动机压气机特性元建模

针对求解航空发动机数学模型时,使用传统的压气机二维特性曲线进行插值计算精度较差的问题,引入了优化技术中元建模的思想,对压气机特性进行模型重构.根据压气机特性数据空间分布的特点,定义元模型的输入输出维数,采用Kriging算法建立了流量和效率特性的代理模型.以某型涡扇发动机为例进行了压气机特性元建模的仿真计算,设定了满足...     

流管侧向微缝共振器的声学特性

为研究有流动管道侧向微缝共振器的声学特性,基于离散涡方法建立了一个理论模型.管道安装共振器处利用质量和动量守恒建立间断条件,再结合离散涡模型,计算出共振器的声阻抗和吸声系数.数值模拟表明微缝处流场主要取决于脱落涡层的卷起和拍动,这与流场显示实验结果一致,并验证了半经验模型中微缝剪切层的"盖子"假设.结果还表明共振器声阻...     

某型发动机压气机第1级整流叶片疲劳试验研究

对某型发动机压气机第1级整流叶片进行了疲劳试验研究.确定了圆柱形榫头叶片的试验装夹方式,进行了2种工艺叶片振动疲劳强度试验的对比,根据对比结果,优化了加工工艺,进行了首批研制检验.对计算和试验结果进行了分析.     

某型发动机高压涡轮盘-叶耦合共振特性分析

从某型航空发动机高压涡轮转子的实际结构出发 ,采用ANSYS结构分析软件建立盘 -叶耦合振动模型。进行了叶冠两种假设边界条件下的振动特性计算 ,结合工程应用 ,阐述了引起高压涡轮转子共振的因素 ,为该型高压涡轮转子的可靠工作 ,提供了计算分析依据     

某型发动机压气机轮盘结构可靠性分析

对某型发动机压气机第2级轮盘进行了结构可靠性分析。考虑了材料属性和载荷的随机性对结构安全的影响,对其进行了确定性分析;分别采用蒙特卡罗法和响应面法计算了轮盘结构可靠度,并对其随机性的影响因素进行了灵敏度分析。     

涡喷发动机燃烧室内声测量技术研究

本文论述了测量分析燃烧噪声的目的和意义，它是进行燃烧室声疲劳研究及燃烧稳定性主动控制的基础。文中介绍了将声波导管插入燃烧室高温区和采用氮气吹洗冷却的测量系统，并对声导管的截止频率、半无限管的作用以及传热进行了分析讨论。最后论述了运用复数倒源信号恢复的技术来修正声导管测得的数据，还引用验作者实结果说明了这一方法的有效性。     

某发动机高压压气机篦齿盘均压孔孔边裂纹故障分析

为确定某发动机高压压气机篦齿盘均压孔孔边裂纹故障原因,应用大型结构分析程序Ansys研究了装配紧度与篦齿盘振动特性的关系,选择合适的有限元分析模型.对不同装配紧度条件下的篦齿盘进行了振动频率、相对振动应力计算和行波共振分析,并与试验结果进行了对比.通过空气系统流路与结构特点分析,确定了影响篦齿盘振动的激振因素为低压涡轮轴孔、中介机匣支板和喷嘴.根据篦齿盘动力特性结合静强度计算结果分析认为故障产生的原因是由于均压孔孔边静应力水平较高,在振动应力叠加作用下产生高周疲劳破坏.并对后续使用提出了建议.     

某型航空发动机进气压力畸变试验研究

针对飞机在大攻角飞行时易引起进气道和发动机进口流场畸变的情况,对某型发动机的综合抗进气压力畸变能力进行了整机试验研究。试验采用插板式畸变模拟器研究发动机综合抗总压畸变能力,获得了各规定风扇换算转速下发动机临界畸变指数,完成了畸变条件下遭遇加速试验,发动机过渡态工作正常。结果表明:该试验方案可行、数据可靠、结果有效,该型发动机满足飞机/发动机相容性试验要求。     

某系列发动机压气机转子叶片技术寿命研究

提出了1种基于"叶片剩余振动疲劳强度储备"概念的寿命预估法.在大量的计算分析和试验基础上,综合考虑叶片低循环疲劳寿命、稳态应力、构件的实际疲劳强度衰减规律、实测振动应力等因素,并结合外场使用情况,对压气机转子叶片进行了寿命综合评估.该方法已应用在某系列发动机压气机转子叶片技术寿命研究中,对压气机转子叶片寿命的研究而言是一次有益的探索.     

基于设计体系的高性能多级压气机综合设计技术

综合设计技术在压气机设计中的作用极其重要.压气机设计体系建设取得了很大进步,但目前尚没有1种设计体系能够自动完成高性能多级压气机设计,为此,需要设计者在设计中掌握并能够灵活运用综合设计技术.应用综合设计技术完成2个成功设计实例:改进设计20世纪80年末期的某4级轴流压气机的第2级,使整机绝热效率提高2.4％;21世纪初期综合运用已有设计技术完成整机绝热效率达0.9的某型5级轴流压气机设计.分析表明:设计者只有掌握了综合设计技术并能够熟练运用已有的设计体系,才能够充分发挥设计体系的重大作用,从而设计出理想的高性能压气机.