基于深度学习的超临界裂解煤油流量特性研究

为了明晰超临界裂解煤油的流量特性,实现对超临界裂解煤油流量的准确预测,采用实验方法测量了较大压力和温度范围内超临界裂解煤油的流量,对超临界裂解煤油流量特性进行了分析,基于多元线性回归方法,多元多项式回归方法和深度学习方法分别建立了超临界裂解煤油流量预测模型并给出了模型评估指标。研究结果表明,超临界裂解煤油流量主要与压降和温度有关,并且流量与压降和温度之间存在着很强的非线性关系;基于深度学习方法的深度神经网络模型性能优于多元线性回归模型和多元多项式回归模型,能够更加准确地刻画超临界裂解煤油的流量特性,其平均相对预测误差在1.1%左右,最大相对预测误差在7%以下。     

超临界态碳氢燃料流固耦合传热及热裂解的计算方法研究

为深入研究主动再生冷却机理,采用固体热传导方程和流体控制方程,建立了超临界态碳氢燃料耦合传热及热裂解的数值方法。对两种实验状态下电加热管内RP-3航空煤油的耦合传热及热裂解过程进行了计算研究,其中RP-3的热裂解反应由包含1个总体反应和23个二次反应的Modified Kumar-Kunzru反应机理模拟。两种状态下计算得到的外壁温、燃料温度、RP-3裂解率以及裂解产物分布与测量值的最大误差分别小于10%和15%。计算与实验结果吻合较好,表明建立的数值方法是准确的,可以作为研究超临界态碳氢燃料耦合传热及热裂解特性的有效计算分析工具。     

煤油加热器螺旋管内煤油传热特性分析

针对燃气加热方式的煤油加热器,为预测其工作性能参数发展了一维传热分析程序,试验验证最大误差为9.7%,结果较为准确。利用该程序研究了煤油加热器流动传热规律及多个因素对其工作特性的影响规律。研究结果表明,典型工况下,煤油从入口到出口温度升高,雷诺数由5.94×104升高至2.39×106,普朗特数由11.2降低至1.4,存在数量级变化,说明对流换热情况复杂;煤油速度逐渐增大,高温区停留时间短,仅为0.28s,结焦影响小;燃气温度、煤油流量和燃气流量是影响其加热能力的主要因素,其作用大小依次降低,而煤油压力和燃气压力对传热过程影响很小。该方法可以有效预测煤油加热器的工作能力。     

矩形冷却槽道内煤油热裂解过程数值研究

高马赫数下超燃冲压发动机煤油再生冷却过程中易发生热裂解反应导致结焦,因此有必要在冷却通道中开展热裂解过程研究。基于热裂解反应产物试验结果建立了一步热裂解总包反应,对煤油在冷却槽道中超临界流动换热以及热裂解过程展开了三维数值模拟研究,将固壁的传热和槽道内流动反应进行耦合计算,与三种不同热流密度的实验工况对比。结果表明,在热裂解反应发生以前,两相流模型的温度分布和实验数据吻合得很好,但随着燃油温度升高到450℃,燃料开始发生复杂的化学反应,两者开始出现偏离,温度越高,偏离越大。在引入热裂解反应模型之后,高温区域的温度显著降低,和实验结果吻合。热流密度越大,裂解反应率加剧,煤油反应转化率增大。煤油在弯折冷却通道中温度分布不对称。     

基于深度置信网络的机载外挂振动预计方法

针对机载外挂挂飞振动环境与飞行高度、马赫数的非线性关系,提出了一种基于深度置信网络(DBN)的振动预计方法。从仿真的角度根据GJB 150.16A中的经验公式产生7 470组数据,分别建立线性回归、多项式回归和DBN振动预计模型,并优化网络隐含层节点数,对比分析了三种方法的方均根误差、平均绝对误差和平均相对误差。利用工程案例验证了DBN预计方法的可行性和准确性。结果表明:DBN模型能够充分表征外挂在挂飞过程中振动与影响因素的非线性关系,整体预计效果优于线性回归和多项式回归,且预计平均相对误差在2.24 dB左右,误差减小50%以上。该方法能够为机载外挂振动环境的预计提供一种新的思路,支撑航空武器装备的环境适应性分析、设计与验证。     

燃料裂解特性对供油系统稳定性的影响

通过实验研究发现了超临界吸热型碳氢燃料供油系统的压力降型不稳定现象。为了研究稳定机理和超临界吸热型碳氢燃料裂解特性对供油系统稳定性的影响,建立了零维平衡流模型,并针对不同裂解特性的燃料进行了对比仿真。研究结果表明,由于裂解反应的发生,超临界碳氢燃料供油系统存在临界区和裂解区两个不稳定区间。基于零维平衡流模型较好地复现不稳定实验现象,不稳定机理得到了详细的解释。密度随温度的变化是系统正反馈的重要环节之一,其剧烈的变化率是导致系统不稳定的主要原因,燃油裂解速率越快,其裂解产物密度相对变化率随温度变化越大,越容易引起供油系统的不稳定。      

催化重整条件下碳氢燃料热裂解与换热

针对碳氢燃料在再生冷却通道内的热裂解和催化重整反应过程,考虑燃料在超临界压力下的热物性,建立了超临界压力下的流动、换热和反应模型,开展了流动换热、热裂解和催化重整反应的耦合数值研究。结果表明:计算结果与实验吻合良好,能较为准确地预测壁面和燃油温度、燃料转化率和换热恶化等现象。催化重整反应能显著提高燃料的吸热能力,降低出口温度,同时还能抑制热裂解反应的发生。增大流量会降低燃料在通道内的停留时间,降低燃料的转化率和化学反应吸热量。      

超临界压力下RP-3航空煤油吸热裂解反应的数值研究

为深入理解主动冷却过程中碳氢燃料的超临界吸热裂解特性,采用RP-3航空煤油的四组分替代模型、包含18种组分和24步反应的改进Kumar-Kunzru裂解反应动力学模型,对压力为5MPa时管道内RP-3的吸热裂解反应过程进行了数值模拟,研究了裂解反应对燃料物性和传热特性的影响,以及裂解率较高时二次反应对RP-3裂解的影响。结果表明:温度达到890K时,RP-3的裂解率超过20%,其中芳烃占裂解产物的12.1%;RP-3裂解后燃料物性显著变化,管道出口壁温和燃料温度分别降低了130K和129K,努塞尔数提高了16.5%,传热效率显著提高;裂解率较高时二次反应对RP-3裂解的影响较大,相比不考虑二次反应的状态,带二次反应时RP-3裂解率减小了29.1%,管道出口壁温和燃料温度分别降低了34K和22K。     

高空台特种调节阀建模方法对比研究

为了获得准确的轮盘式特种调节阀流量特性模型,提高高空舱进口流量预测精度,提出了基于BP神经网络和NARX网络的建模方法。在对调节阀与传感器测点位置分析的基础上,将调节阀和阀后容腔作为整体进行建模。对比研究了流量系数、静态BP神经网络以及基于Gamma Test的动态NARX网络建模方法,并给出了工程中选取建模方法的建议。以试验流量数据为基准,仿真对比了不同阀门开度变化时,各模型输出流量的稳态误差和动态误差。结果表明,BP神经网络方法和NARX网络方法建模精度要优于流量系数法。同时,BP神经网络模型最大稳态误差为0.52kg/s,优于NARX网络模型和流量系数模型。NARX网络模型的最大动态误差为2.04kg/s,相比于BP神经网络模型和流量系数模型,能够更准确地反映流量的动态特性。     

超临界压力下航空煤油圆管流动和传热的数值研究

对超临界压力下大庆RP-3航空煤油在小管道内的流动、传热过程进行了数值研究。湍流模拟采用了RNG k-ε两方程模型和Wolfstein一方程模型结合的两层模型;同时,采用煤油的10组分替代模型以及NIST Super-trapp程序库对大庆3号航空煤油的热物理和输运特性进行了确定。圆管传热的计算条件为:入口压力4 MPa,入口温度300 K,质量流量范围:0.06～0.12 kg/s,壁面热流密度范围:300～700 kW/m2。计算结果显示,煤油的流动和传热特性比水、二氧化碳等简单化合物复杂得多。在超临界压力下,煤油的吸热升温导致其热物理特性以及流动特性均发生剧烈变化,其中,雷诺数沿管道方向上升了至少一个量级,而普朗特数下降了一个量级。在加热开始段,煤油的对流传热系数迅速上升;当壁面温度超过其拟临界温度后,对流传热系数略有所回落;随着煤油温度的进一步上升,传热系数又得到明显增强。计算表明,煤油对流换热特性的变化与煤油复杂的高温热物理特性以及湍流流动在近壁区的增强和抑止有关。     

基于LMI极点配置的高空台飞行环境模拟系统PI增益调度控制研究

针对高空台飞行环境模拟系统的温度和压力在整个工作包线内的鲁棒性能控制问题,提出了一种基于LMI极点配置的PI增益调度控制设计方法。在考虑变比热容腔微分方程、管道热传导、调节阀流量特性、液压伺服动态、传感器增益对飞行环境模拟系统造成的建模不确定性的基础上,建立了完整、准确的飞行环境模拟系统非线性模型;对非线性模型进行了线性化,并根据线性模型推导了基于LMI极点配置的PI控制器设计算法;在飞行环境模拟系统的工作包线内选取了36个稳态点设计了基于LMI极点配置的PI增益调度控制器;设计了两种飞行环境模拟试验来验证设计的PI增益调度控制器的鲁棒性能。仿真结果表明,飞行环境模拟系统温度的稳态误差和动态误差均小于0.1%,压力的稳态误差小于0.5%,动态误差小于0.7%。     

U型管内超临界压力航空煤油压降特性

研究了超临界状态下航空煤油RP-3在U型管内的压降特性,分析了温度和压力对于流动压降的影响规律.实验结果表明:当煤油的出口温度低于临界温度时,压降随压力的增大而增大,随温度的升高变化很小;当煤油的出口温度大于临界温度时,压降随压力的升高而减小,随温度的升高而增大.在拟临界点附近,压降随温度的变化斜率突然增大.另外,基于...     

基于稀疏最小二乘支持向量机的航空发动机动态过程辨识

针对现有最小二乘支持向量机(LS-SVM)稀疏性不足的难题,提出一种稀疏化策略,应用此方法建立了航空发动机动态过程模型.在对原始样本预求解过程中,该策略使用改进Gram-Schmidt正交化算法对非线性映射矩阵实施递归分解,同时以阈值监督输出向量的残差化过程,从而优选训练样本,降低样本规模,节省内存,提高LS-SVM学习速度.仿真表明,基于优选样本的学习模型较之其他训练样本学习模型提高了回归精度和速度,验证了方法的可行性;基于实际试验数据建立的航空发动机动态过程模型在类似过程参数预测以及性能递推预估仿真表明,高压转子相对转速误差低于0.2%,低压转子相对转速误差低于0.35%,涡轮后燃气温度误差小于3.5℃,满足控制与仿真的需要.      

气温的局部线性及多项式预测

利用局部线性预测法及局部多项式预测法,对气温非线性时间序列进行预测,并分析了预测误差,结果显示,局部线性预测法、局部多项式预测法对非线性时间序列具有良好的特性。     

超临界与热裂解煤油超声速燃烧性能优化研究

本文在马赫数2.5超燃模型燃烧室中研究与比较了室温、超临界态与热裂解煤油的超声速燃烧特性.针对单路燃料喷注燃料当量比的受制于容易引起边界层分离,从而导致燃烧静压向上游迅速传播跑出隔离段这一问题,以超临界态煤油为例,研究与比较了不同的喷油位置及其组合对燃烧室性能的影响,并讨论了相应的燃烧室性能优化方法.     

轴流压气机通流计算中代理模型的应用（两机专刊）

在轴流压气机初始设计阶段,二维通流计算方法可以快速评估压气机的性能,其准确性高度依赖于经验模型的预测精度。当压气机超出经验模型适用范围时会增大模型的预测误差。为提高预测精度,研究了在通流计算中采用代理模型取代传统经验模型的可行性。以双级跨声轴流速压气机的几何参数和气动实验数据作为代理模型的训练样本库,采用敏感性分析方法确定最重要的特征参数作为输入。分别基于支持向量机回归（SVR）和高斯过程回归（GPR）两种监督学习方法构建代理模型,并在模型训练中通过贝叶斯优化算法寻找模型最佳超参组合。将代理模型集成到基于流线曲率法（SLC）的通流程序中,对该压气机特性进行评估,并与传统经验模型计算结果相对比。对比显示,相较于传统经验模型,SVR和GPR两种代理模型分别降低了62.2%与55.2%的总压特性平均预测误差以及48.4%与50.1%的绝热效率特性平均预测误差。对比结果表明,当超出传统经验模型适用范围时,代理模型不失为一种可靠的替代方案。     

碳氢燃料裂解吸热反应及超临界传热现象数值模型的构建与验证

 基于正癸烷在超临界压力下的热裂解反应机理,建立了考虑正癸烷裂解吸热反应及超临界传热现象的数值计算模型。采用该模型对正癸烷在3.45~11.38 MPa压力条件下的湍流传热过程进行了数值模拟计算研究,得到了详细的温度、速度、裂解转化率、物性及壁面热流密度的变化和分布情况。通过与已有的实验和数值计算结果的对比,对数值模型和计算软件进行了充分的验证。结果表明,本文的数值模型是准确、可靠的。这就为研究碳氢燃料的裂解吸热反应及超临界传热现象提供了一个有效的模拟计算工具。     

PR状态方程在超临界喷射模型中的应用

针对超临界流体物性的特殊性,对超临界喷射数值模拟方法进行研究。基于PR状态方程建立了考虑超临界流体特点的超临界喷射数值模型,并采用该模型对超临界C10H22喷射到超临界N2环境中的喷射进行了数值模拟。对比研究了采用PR状态方程的真实气体模型和理想气体模型得出的密度、温度、质量分数分布以及超临界喷射长度和喷射扩张角的变化规律和差异性,并与试验数据进行了对比。结果表明:2种模型在物性预测上的差异会造成以上喷射特性模拟结果的巨大差异,理想气体模型模拟结果与试验数据误差很大,利用真实气体模型能够得到与试验数据较为吻合的结果。基于PR状态方程的超临界喷射数值模型准确可靠,可为碳氢燃料的超临界喷射现象提供参考。     

曲面构件水浸超声检测缺陷定量研究

受曲界面影响,超声波在曲面构件中传播时声束聚焦、散射特性增强,声能量出现汇聚与分散现象,造成缺陷定量困难。针对试块对比法等传统手段检测成本高及适应性较弱的问题,研究了基于超声测量模型的曲面构件缺陷定量方法。以脉冲激励方式下的超声波多元高斯声束模型和缺陷散射模型为基础,建立了曲面构件水浸超声测量模型,并对凸、凹两种曲面试块内的缺陷回波进行了模型有效性验证。以平底孔缺陷为例,基于该模型建立了曲面构件缺陷定量表征曲线,通过仿真研究了声束在曲面构件中的聚焦和散射特性,分析了相对缺陷波高随曲率半径、缺陷深度和缺陷尺寸的变化规律,并通过预测相对缺陷波高进行缺陷定量。以钢制曲面试块水浸超声检测为例进行了缺陷定量应用实验,模型预测与实验结果比较,相对缺陷波高预测误差小于1.2dB,缺陷大小定量误差不大于8.7%,表明这种方法可行,为曲面构件水浸超声检测时的缺陷定量提供了一种简便有效的途径。     

低压比煤油涡轮数值计算与优化设计

小流量煤油涡轮泵可用于膨胀循环超燃冲压发动机燃料供应系统,针对特定工况提出了超临界/裂解态煤油基低压比涡轮的数值计算方法和优化设计策略。根据液体火箭发动机中典型的涡轮设计方法获得了低压比煤油涡轮的设计方案,采用湍流模拟方法结合煤油的多组分代理模型对25kr/min转速下的涡轮内部超临界态流动进行数值计算,发现设计方案的轴功率超过所需轴功率的120%,不利于涡轮泵系统在设计点工况下的稳定运转。取涡轮轴功率大于所需轴功率为约束条件,选择涡轮结构尺寸为设计变量,以两个目标量(优化方案的轴功率和效率相对于设计方案的变化率)的加权函数值最大为目标,基于响应面模型和多岛遗传算法开展渐进优化,优化过程中采用i SIGHT平台集成了3维参数化建模和流场仿真等C++程序和软件以实现数值计算自动化。利用试验设计方法建立样本数据库,并进行了涡轮轴功率和效率关于设计变量的灵敏度分析,发现二者成合作关系;所得涡轮优化方案的两个目标量分别下降16.5%和2.9%,以较低的效率损失为代价实现了轴功率的良好配合。