燃气轮机排气系统整机环境部件特性修正方法

为了探究外界环境条件对燃气轮机排气的影响,以船舶燃气轮机排气系统和船舶整机系统为研究对象,采用合适的物理模型对船用燃气轮机排气部件进行阻力特性、流场分布的仿真分析,进一步提出燃气轮机排气系统的修正方法。对国内外相关的研究现状进行了调研,引出研究内容和研究意义,建立船舶燃气轮机排气系统和整机系统的模型,对模型进行了网格划分,利用数值仿真技术开展不同工况点和风速风向下燃气轮机排气系统的流场特性仿真计算分析。结果表明：得到不同风速风向下排气系统的阻力特性,即总压以及总压损失,温度特性以及引射特性。以整机仿真和部件仿真所得到的数据为基准,建立了燃气轮机排气系统在整机环境从无风到有风的变化条件下的工作特性修正模型。     

高负荷压气机精细化设计

为保证压气机在负荷水平不断提高的同时仍具有良好的气动性能,需要对级间匹配、泄漏流和端区流动的控制进行精细化处理。为兼顾压气机效率和裕度2个指标,需要对流量系数进行精细筛选以获得其最佳取值;通过增加级的反力度,可以有效利用高负荷条件下转子的高稳定性,进而缓解负荷提高后静子易分离失稳的问题,同时使转、静子的扩散因子均得到较好地控制;级间引气流场对压气机的级间匹配有较大影响,需要对引气结构进行优化设计,并在气动设计过程中对相关叶片排的攻角、落后角作出补偿;合理控制篦齿封严泄漏流、转子叶尖泄漏流可以大幅提高高负荷压气机的气动性能;采用波浪壁流路可以较好地控制高负荷压气机的局部端区流动,实现其效率和裕度水平的提升。     

基于递归径向基神经网络的航空发动机盘腔瞬态壁温预测

针对航空发动机空气系统盘腔瞬态壁温动态预测难的问题,提出了一种基于径向基神经网络的递归预测模型。通过时序数据多维重构的方法建立训练样本,强化径向基神经网络对“时滞性”的预测能力,分析了模型固有超参数和由多维重构引入抽样控制参数对模型预测精度的影响。采用简化的典型盘腔壁面换热模型结合公开的试验历程转速数据,构建了供模型训练和测试的瞬态壁温数据样本,以递归调用模型的方式完成了对测试样本时序数据的预测和验证。结果表明,与常规的径向基神经网络预测模型相比,该模型的平均相对预测偏差由3.0%降低至0.45%,有效提升了模型的预测精度。为航空发动机盘腔瞬态壁温异常监控及超温排故问题提供了一种新的预判方法。     

带中介轴承双转子系统“可容模态”优化设计及实验

为解决航空发动机双转子系统无法避开临界转速的问题,提高双转子系统容忍振动的能力,根据带中介轴承双转子系统的“可容模态”优化设计方法,以某型带中介轴承双转子发动机相似模型为初始模型进行优化设计,并以此搭建一套双转子实验器系统。通过模态测试、响应测试、连续变转速以及长时间“共振”实验,先后验证了带中介轴承双转子系统的“可容模态”优化设计方法的准确性、有效性、稳定性和可靠性。研究发现,双转子实验器测试结果与计算结果临界转速误差最高3.06%、模态振型误差最高9.6%;工作范围内任意转速下,即使频繁穿越临界转速,振动幅值均不超过50μm;在6阶临界转速处各完成了不少于3790s的“共振”实验,所容忍的不平衡量最大为设计不平衡量的5.2倍,振幅平稳,且可容度评价函数值越高,容忍共振能力越强。实验结果充分验证了带中介轴承双转子系统的“可容模态”优化设计方法是可行的。     

利用性能参数回归分析的航空发动机MTBF预计

航空发动机可靠性指标平均故障间隔时间（MTBF）的预计方法有多种,在发动机立项阶段数据缺乏的情况下建议优先选用统计回归法进行发动机可靠性指标MTBF的预测。为了在发动机预先研究阶段能够预计发动机的可靠性水平,利用系数修正的方法对国外的预计回归公式进行修正,可以得到1个新的回归预计公式,但该公式存在飞机参数不明确时无法进行应用的缺点,因此,基于仅利用发动机性能参数进行多元线性统计回归分析得到了新的预计公式,结果表明：新的预计发动机MTBF的回归公式可以在配装飞机不明确的情况下,仅利用发动机本身的性能参数即可大概估算出发动机的MTBF水平,预计效率高,可以为发动机立项论证时可靠性指标MTBF提供参考依据。综合来看,该方法可以实现立项阶段根据飞机参数、发动机性能参数进行发动机可靠性指标MTBF的快速预计,有一定的参考价值。     

高速涡轮发动机压缩部件低雷诺数影响研究

为了分析马赫数3.0量级高速涡轮发动机在高空22.5 km范围内,雷诺数变化对多级压气机气动性能的影响,采用Wassell特性修正与经验曲线拟合的方法,评估了低雷诺数条件压气机工作点效率、压比、流量的变化。利用S1计算程序分析了低雷诺数条件下基元叶型的流动特征,探讨了减小雷诺数影响的叶型设计规律。通过加入转捩模型的3维仿真模拟了地面和高空典型工况的气动特性,分析了低雷诺数对多级压气机稳定性的影响。结果表明：压气机在高空18.5 km和22.5 km喘振裕度相比地面条件下分别减小了5.61%和8.12%。综合对比仿真法和经验法对多级压气机性能预测结果,认为仿真法考虑了多效压气机在低雷诺数条件下级间匹配变化的影响,更适用于对压气机高空全转速特性的预测。     

航空发动机空中起动失败故障分析与排除

针对某型发动机空中起动失败故障,阐述了发动机空中起动的时序与原理,通过对空中起动失败故障的现象分析,进行 初步故障排查,建立空中起动失败故障树,根据故障树对可能导致发动机空中起动失败的因素进行逐一分析、检查及试验验证,确 定主燃油泵调节器起动回油活门故障导致空中起动供油异常是发动机空中起动失败的原因。更换主燃油泵调节器后进行试飞验 证。结果表明：发动机空中起动正常,空中起动参数正常,发动机空中起动能力满足该型产品的指标要求,发动机可以在规定时间 内完成空中的再次起动,达到目标转速,发动机检飞通过。本次排故的思路与经验,可为后续某型产品的相关故障排除提供指导 性帮助。     

反推力装置对民航飞机减速性能影响

为评估反推力装置提供的反向推力与其结构件质量增加对民航飞机减速性能的综合影响,借助克兰菲尔德大学发动机总体性能仿真软件Turbomatch,参考CFM56发动机建立正、反推力状态发动机模型,并以A320飞机为配装对象开展研究。将风扇及涡轮直径做为特征参数,完成推进系统质量的初步估算。对比飞机在干燥跑道及雨雪条件下常规着陆过程中滑跑距离及减速时间,完成反推排气角度、跑道条件等影响因素对反推力装置提升飞机减速性能收益分析。研究表明：配装反推力装置轴向排气角度越小,飞机减速性能更加。以55°排气角度为基础,减小10°的排气角度可带来约7%的减速收益。反推力装置在湿滑跑道的减速收益更大,比干燥跑道滑跑距离缩短约41%,滑跑时间缩短32%。     

级间引气对多级轴流压气机性能和流场影响的低速实验研究

基于北航四级低速大尺寸压气机试验台,在二级静子出口进行周向槽引气,采用分别保持引气位置上游流量不变和引气位置下游流量不变两种比较方式,针对不同引气流量大小对压气机性能和内部流场的影响进行了实验研究。结果表明,级间引气会影响压气机压升特性和失速裕度,影响程度与引气量大小有关。级间引气对引气位置上游转子流场的影响表现在上游压气机工况的变化上,上游转子流场的展向分配并不受到引气的影响。引气位置下游受到引气和上游压气机工况变化的共同影响,且引气量越大,影响程度越大。此外,级间引气可以改善下游叶片叶尖区域的流动环境,增强叶尖处流通能力,提高下游压气机失速裕度。     

航空发动机涡轮盘轮缘凸块塑性变形失效分析

针对某航空发动机在工作过程中发生的涡轮盘轮缘凸块局部异常塑性变形故障,对故障涡轮盘进行失效分析。在此基础上,通过开展无应力及附加应力的加热模拟试验,总结了GH4169合金组织中δ相的3种析出形貌,以及加热温度、时间、应力3种因素对δ相析出的影响规律。通过对比硬度测试及温色试验结果,明确了GH4169合金试样在700℃以下组织和硬度无明显变化,但颜色变化明显;在700℃以上,随着δ相析出量的增加其硬度不断减小,而颜色却几乎无变化。结果表明：故障涡轮盘轮缘凸块部位的塑性变形是由于发动机工作过程中超温引起的,故障部位的实际工况达到了约750℃、100 h左右的超温。落实改善涡轮盘轮缘的冷却环境、提高涡轮部件加工及装配精度的改进措施后,涡轮盘通过了首翻期加速模拟、经起飞状态摸底和适航状态长时试车验证,无类似故障再次发生。