飞机发动机短舱降载轻量化设计方法研究

为了进一步提升发动机短舱的传载效率,通过研究国内外飞机发动机短舱安装及载荷传递路径,同时借鉴、比对了成熟的国内外发动机短舱结构连接形式,以飞机的发动机短舱为研究对象,采用三维数字建模、有限元仿真等分析方法,建立了短舱传递和不传递发动机扭矩的两种结构形式,并对短舱参与传载比例进行了计算分析,最终通过试验验证了轻量化新结构形式的有效性,实现了基于柔性连接结构设计技术的发动机短舱降载轻量化目标,为进一步工业化、批产化提供技术支持。     

机匣安装边螺栓连接结构抗冲击性能评价指标

针对航空发动机机匣安装边螺栓连接结构的抗冲击问题,对现有研究中适用于机匣包容性的评价指标进行了总结与比较,提出了螺栓能量密度的评价指标。分别以螺栓内能占比和螺栓能量密度2种评价指标进行了机匣安装边螺栓连接结构几何参数对其抗冲击性能的影响研究,通过数据对比验证了以螺栓能量密度作为评价指标的可行性与合理性。结果表明：随着安装边高度、螺栓直径、螺栓数的增加,螺栓内能占比逐渐降低;随着机匣壁厚的增加,螺栓内能占比呈现与实际不符的先降低后提高的趋势。安装边高度、螺栓直径、螺栓数和机匣壁厚与螺栓能量密度皆呈负相关;在数值仿真中以螺栓能量密度作为评价指标可以更好地反映螺栓连接结构抗冲击能力的同时具有更高的效率。     

背景波系下的隔离段激波串运动特性及其流动机理研究进展

对高超声速进气道-隔离段激波串在复杂背景波系下的突跳运动特性及其流动机理的最新研究进展进行了综述,涵盖了背景波系作用下的激波串运动特性、突跳机理和突跳运动特性的数学描述方法,以期对高超声速进气道相关研究工作提供一定的参考。首先,对固定背景波系和变化背景波系下的激波串运动特性和突跳机制进行阐述,指出隔离段壁面压力顺压力梯度和逆压力梯度的交替变化是激波串突跳特性产生的内在物理机制。其次,对背景流场下隔离段激波串突跳运动的触发机理和触发条件进行了讨论。最后,基于对运动特性和突跳机制的认识,尝试给出了背景波系作用下的隔离段激波串运动特性的数学模型,为激波串前缘位置控制提供参考。

     

氮气辐射强度的激波管测量与验证

超高速飞行器的热防护设计必须考虑激波层内高温气体发射与吸收的辐射能量,需要有效的辐射加热评估手段。相应飞行条件下的光谱辐射强度地面实验测量是验证数值模型和方法、理解高焓流动的重要手段。基于燃烧驱动激波管,发展辐射强度标定技术,针对富氮气环境,开展高温气体光谱辐射强度的高分辨定量化测试,掌握辐射特征,为数值验证提供基础数据。实验获得了激波速度5.70和6.20km/s条件下的气体光谱辐射强度精细结构,数据表明激波波后的非平衡过程对辐射强度存在很大影响。通过求解耦合化学反应动力学模型的Navier-Stokes方程和辐射特性模型,得到对应实验条件下的流场参数和辐射强度,计算结果和实验数据符合很好,验证了数值模拟方法。

     

气动除冰飞机结冰风洞试验技术

民用飞机为获得型号合格证,应按照有关结冰适航规章条款进行结冰适航验证,结冰风洞试验是获取临界冰形的有效途径。本文以Y12F飞机结冰风洞试验实际工程过程为例,总结与分析了气动除冰飞机结冰风洞试验的模型设计、气动除冰套模拟、试验状态转换、试验流程、冰形测量等关键技术,并给出代表性试验结果。试验结果表明：在典型最大结冰条件下,除冰套工作正常,除冰套循环工作期间正常除冰;除冰套工作间歇,机翼前缘结冰表现为前缘形成较为光滑、厚度约为5~6mm的冰帽,上翼面产生1道高度为3~4mm的冰脊,下翼面形成3道2~4mm的冰脊。

     

气动除冰类飞机结冰风洞试验适航审定技术

民用飞机为获得型号合格证,应按照有关结冰适航规章条款进行结冰适航验证,如何解读适航条款要求并制定有效的符合性验证流程,是进行适航合格审定的关键。本文以Y12F气动除冰飞机结冰风洞试验的实际工程为例,以相关结冰适航文件为基础,结合国际最新的飞机结冰研究成果,研究并总结了目标试验状态设定、设备选择、试验状态的等效转换、模型研制、风洞试验等适航审定要求和技术。构建的结冰风洞试验适航审定方法,有效地指导完成了Y12F飞机除冰系统的适航验证工作,完成中国民用航空局（CAAC）和美国联邦航空管理局（FAA）同时审查,为获得CAAC和FAA型号合格证奠定良好基础。

     

基于温敏漆的边界层转捩测量技术研究

以自然层流翼型RAE5243模型为研究对象,在0.6m跨超声速风洞进行温敏漆（Temperature Sensitive Paint,TSP）转捩测量技术研究,在Ma0.73和Ma0.75条件下开展了模型基本外形和鼓包外形的转捩测量试验。针对缺乏定量分析手段的问题,提出基于温度梯度的转捩位置自动判定算法,包括图像预处理、转捩点定位与筛选和转捩位置计算3个步骤。模型温度分布及转捩测量结果表明：重复性试验结果偏差较小,验证了转捩测量结果的可靠性;相同马赫数条件下,鼓包外形转捩位置相对基本外形向后缘移动;相同外形条件下,Ma0.75的转捩位置相对Ma0.73向后缘移动。TSP试验结果与CFD计算结果吻合较好,变化趋势一致,检验了数值模拟方法的有效性。

     

端部状态对斜置圆柱气动力分布的影响

在有限长度圆柱气动力测试风洞试验中,端部状态的变化对气动力有很大影响。在雷诺数为6.43×10⁴时,通过刚性模型风洞测压试验对3种端部状态下的斜置圆柱气动力特性进行研究,基于平均风压系数沿斜置圆柱的轴向和周向分布规律,分析端部状态对斜置圆柱气动力测试结果的影响。结果表明：斜置圆柱表面风压沿轴向可分为近上游端部区、中间区和近下游端部区;由于马蹄涡的存在,在近上游端部区的背风面,风压沿轴向有一个突变,端部状态对马蹄涡强度有很大影响;在中间区,背风面风压沿轴向出现交替变化,可能是由于在近上游端部区形成的旋涡受到轴向流作用向中间区流动导致的,端部状态对交替风压变化的幅度和阻力系数有很大影响;当下游端部封闭时,近下游端部区的迎风面和背风面风压都会出现突变,且迎风面的突变幅度更大,下游端板对近下游端部区迎风面的风压分布影响更大。

     

圆弧激波缓聚点火及后续燃烧传播

采用激波管实验和准一维数值模拟的方法,对预混可燃气体中圆弧汇聚激波的自点火现象及后续燃烧波的传播特性进行研究。其中圆弧汇聚激波由平面运动激波通过精确设计的弧形过渡管段转变得到。研究表明：收缩段中圆弧汇聚激波波后的非均匀梯度环境由激波在平直段、弧形过渡段和扇形收缩段中传播所分别诱导的3个梯度区共同构成。随着圆弧汇聚激波的不断增强,圆弧激波后某处首先形成一个无激波的温和反应区。该反应区逆流锋面的初期运动速度远超Chapman-Jouguet（CJ）爆轰波速,而反应产物区流动则呈现出一定弱爆轰波特征。进一步分析发现,该反应锋面本质上是一种\"自发反应波\"（spontaneous reaction wave）,而非常规意义上的动力学波,其速度与汇聚激波波后气流点火时间梯度的倒数吻合。而后,反应区的扩张速度很快降至CJ爆轰波速以下,伴随反应锋面附近激波的产生以及激波-火焰复合结构的形成。激波-火焰结构最终加速演变为反向传播的爆轰波。在一定的条件下,由于入射激波转变过程和汇聚所构造的特定点火环境,自发反应波可再次赶超爆轰波,成为新的燃烧波前;而当自发反应波速度再次低于CJ爆轰波速时,它将再次转变为爆轰波;在此过程中,原先的爆轰波阵面蜕变为反应产物中传播的激波。     

基于原子发射光谱的中低焓电弧加热器漏水故障诊断

电弧加热器试验中存在电极局部烧穿漏水导致电弧加热器严重烧损的风险,对漏水故障的快速诊断可大大提升电弧加热器的运行安全性。由于电弧加热器内高温气流的恶劣环境,漏水故障诊断技术匮乏。针对总焓范围2~12 MJ/kg的中低焓电弧加热器,提出一种基于原子发射光谱的漏水故障诊断技术。通过分析中低焓电弧加热器漏水故障条件和正常运行下高温流场的发射光谱特性,选择氧原子777.19 nm发射谱线为目标谱线,采用相对强度的处理方法,实时监测该中低焓电弧加热器是否发生漏水故障。试验获得了总焓H₀分别为11.6和9.8 MJ/kg共2组工况下氧原子相对辐射强度的变化规律,结合电极烧蚀图像分析,证明该技术应用于中低焓电弧加热器漏水故障诊断具有较强的发展潜力。最后,提出该技术在单轨道-多焓值状态气动热试验条件下,每个状态均保证较高灵敏度的解决方案。