端壁吸/吹气对超声速压气机叶栅流场影响机理的对比研究

附面层吸/吹气是抑制流动分离、提高压气机叶片负荷的有效技术途径。针对超声速压气机叶栅内激波诱导的角区分离,分别采用多种不同的端壁吸/吹气方案对其进行流动控制,旨在探索端壁吸/吹气对激波干涉下角区分离的控制机理,并对比分析端壁吸/吹气对超声速压气机叶栅角区分离的控制效果。结果表明:在激波/端壁附面层干涉下,该超声速压气机叶栅内存在大范围的激波诱导角区分离,角区分离使得该超声速叶栅存在强三维效应,二维叶栅中的单正激波变为"斜激波+正激波"结构,叶中吸力面尾缘开式分离变为闭式分离;端壁吸气可有效抑制该超声速叶栅的角区分离,吸气后近端壁区损失系数大幅降低,最优端壁吸气缝方案的起始点与亚声速压气机叶栅相同,但端壁吸气后叶中的双激波结构变为单正激波结构,叶中流动分离增大;端壁吹气也可有效抑制角区分离,其控制效果略优于端壁吸气,其原因是吹气缝处的静压高于吸气缝,对激波的增强作用弱于端壁吸气;与端壁吸气方案不同的是,最优端壁吹气缝方案的起始点位于叶片前缘。     

基于激光干涉的可调圆形尾喷管喉部面积标定方法研究

航空发动机可调尾喷管喉部面积直接影响其气动性能,传统上使用内径千分尺测量喉部尺寸,存在效率低下、喷口密封片下垂影响测量精度等问题。因此,提出一种基于激光干涉的可调圆形尾喷管喉部面积标定方法,设计激光干涉光路内置的同轴式长度测量结构,采用压力传感器实时反馈实现推力自适应控制,利用喉部尺寸测量数据计算喉部多边形面积,基于最小二乘法建立喉部面积与发动机控制信号之间的关联模型,实现喉部面积快速标定。试验结果证明,研制系统的尺寸测量精度为41μm,建立面积标定模型的拟合优度为0.98147,具有操作简捷、快速的特点,满足航空发动机测试需求。     

基于大涡模拟的热喷流地面效应气动特性研究

低标高有限空间喷流的发展过程及掺混过程,是揭示热喷流流动特性的迫切问题。采用大涡模拟计算研究地面热喷流气动特性,建立不同离地高度的超声速喷管模型,对总温为870 K、马赫数为1.526的热喷流状态开展数值模拟,分析有限空间喷流的发展过程。首先评估了喷流模型温度分布和速度分布,随后在此基础上,对比了2种模型涡核发展过程,并通过试验予以了验证。研究表明：有限空间与自由空间喷流场涡核发展过程大致相同。有限空间喷流在核心区长度10D_j (Dj为喷管出口直径)位置时,地面开始对喷流产生影响,导致地面温度升高;在核心区长度10D_j位置以后,由于地面对喷流的影响,使得喷流与空气的掺混加剧,喷流在地面的作用下诱导出二次涡流,涡核分布更加集中,且其中以大尺度发卡涡为主。研究结果为相关工作提供了参考。     

基于轻量化BIM的高空台液压加载试验智能管控技术

为了使航空发动机高空模拟试车中的液压加载试验智能高效地运行,完善并优化其试验平台,提出一种基于轻量化建筑信息模型（BIM）的液压加载试验智能管控技术。建立了支持管控平台运行的高空台液压加载试验软硬件协同运行架构,提出了基于WebGL的数据在Web端3维模型上实时展示的技术,以提高试验操作人员对试验进行监测的直观性。所设计的智能管控平台同时集成了试验设置与试验操作、数据管理、试验过程分析、故障诊断分析等功能。结果表明：所提出的基于轻量化BIM的智能管控技术可使试验操作人员直观、便捷、高效地进行试验流程管控、数据综合管理、设备健康状况分析,提高了高空台液压加载系统试验的智能化、自动化水平。     

基于辐射加热的涡轮叶片热冲击试验方法

针对涡轮叶片热冲击试验的需求,提出了一种基于石英灯辐射加热的涡轮叶片热冲击试验方法。采用高功率双排石英 灯进行辐射加热、氮气和水雾相结合进行主动冷却、伺服作动系统进行加热冷却循环运动控制。通过仿真计算分析了辐射加热方 式和气雾结合冷却方式的可行性和有效性,并根据仿真结果开展了加热器、冷却设备设计,构建了基于石英灯辐射加热的涡轮叶 片热冲击试验系统,实现了50次冷热循环的热冲击试验考核。结果表明：采用石英灯辐射加热和气雾结合降温的试验方法可以 模拟涡轮叶片热冲击所需的温度场和升降温速率。基于石英灯辐射加热的热冲击试验方法有效、可靠,能够精确模拟叶片温度 场,大部分特征点温度控制偏差均小于5%,可应用于涡轮叶片热冲击试验。     

航空发动机中央锥齿轮声振特性试验研究

航空发动机锥齿轮声振特性的确定对于锥齿轮的研制具有重要意义。为研究航空发动机中央锥齿轮的声振特性，根据齿轮声振信息辨识原理，利用声导管技术在齿轮部件试验器中获取原始空气声。分析发现，啮合频率幅值的变化能够对齿轮行波共振特性实现完全表述，不仅可反映从动轮的声振特性，同时也能反映主动轮的声振特性，边频信息则反映了齿轮的故障信息。与应变片测量结果和设计计算结果对比分析证明，声学测试是获取齿轮声振特性的有效方法。     

基于叶端定时的转子叶片裂纹监测与诊断

为了实现转子叶片裂纹非接触式监测，提出基于??0范数的叶端定时欠采样信号稀疏重构算法。针对叶端定时信号欠采样问题，建立欠采样信号稀疏表示模型，利用分块正交匹配追踪算法对叶端定时欠采样信号进行分段重构，进而监测在变转速非稳态工况下转子叶片动频的变化情况，据此判断转子叶片是否产生裂纹。针对应变片信号间隔采样的特点，研究基于同步提取变换的时频分析方法，以提高时频图的时频聚集性。开展旋转叶片裂纹扩展试验，同时采用叶端定时和应变片系统测量叶片振动。对比叶端定时和应变片的分析结果，二者均可在裂纹叶片断裂之前至少20min，监测到裂纹叶片和正常叶片的动频发生分离的现象，即裂纹萌生致使叶片动频发生偏移，表明所提出的叶端定时欠采样信号重构方法能够实现转子叶片裂纹的监测与诊断。     

非线性弹性单盘转子系统稳定性分析

以转子动力学和非线性动力学理论为基础，针对非线性转子-轴承系统的具体特点，建立了采用Capone短轴承非线性油膜力模型的弹性转子系统模型，并用庞加莱映射方法，得到系统在参数域中的分岔图、轴心轨迹图、Poincare映射图、时间历程图和频谱图，从而得出分岔失稳转速随偏心量、轴承间隙、润滑油黏度3个参数的变化规律。研究结果可为该类转子-轴承系统的设计和安全运行提供参考。     

径向非均匀进气喷湿对跨声速压气机气动性能影响研究

针对湿压缩技术的应用，为了深入认识径向非均匀进气喷湿对压气机气动性能的影响，以某跨声速压气机级为研究对象，采用CFD技术结合欧拉-拉格朗日法对径向非均匀进气喷湿条件下压气机气液两相流场进行数值模拟，对比研究了叶顶、叶中和叶根局部喷湿三种不同径向位置喷湿条件对压气机气动性能及失稳边界的影响规律，并通过喷湿前后流动径向匹配规律及流动结构的变化解释了影响机理。结果表明：叶顶喷湿相比叶中和叶跟喷湿是更好的喷湿方案，叶顶喷湿时压气机压比和效率升高程度更大，且稳定裕度降低程度更低；当液滴粒径小于50μm，喷射速度大于20m/s时，离心力对液滴径向迁移的影响可以忽略不计，液滴在经过压气机级流道过程中几乎不发生径向迁移，蒸发冷却效应只发生于喷湿的局部叶高范围；由于径向非均匀进气喷湿时压气机内部质量流量会向喷湿的局部叶高范围聚集，导致喷湿的主要影响——即轴向速度的降低和轮缘功的升高在喷湿的局部范围程度较弱，而在没有喷湿的局部叶高范围程度较强。     

粗糙表面接触刚度模型的研究进展

航空发动机结构存在许多机械结合面，这些结合面间的接触在微观尺度上是各粗糙峰的接触，而由粗糙峰接触所产生 的接触刚度具有随机性，开展粗糙表面接触刚度模型研究，对有效分析发动机部件和整机结构的动力特性及其稳定性与可靠性至 关重要。主要从统计学和分形理论两方面归纳了粗糙表面接触刚度模型的建模方法。基于统计学的粗糙表面接触刚度模型描述 简单明了，且能极大程度缩短求解过程；利用分形理论所描述的物体形貌特征不受空间的束缚，更接近客观物体的真实属性与状 态。重点对接触刚度的计算过程进行了详细阐述。研究表明，目前粗糙表面接触刚度模型主要采用统计学描述与分形描述的解 析模型，统计学描述接触刚度模型日渐成熟与完善，分形接触刚度模型能定量表达总的接触刚度与粗糙度的关系。但解析模型未 考虑微尺度效应及材料基体变形对微凸体变形的影响，未来对基于纳米级粗糙表面接触刚度模型、考虑基体变形的粗糙表面接触 刚度模型进行研究将具有重要意义，考虑微观接触的宏观接触有限元模型可弥补解析模型的不足，将成为研究热点。