轴流压气机试验系统两类气动耦合问题初探

针对压气机试验设备与试验件之间存在的气动耦合问题,探讨了压气机试验系统中影响试验对象性能评定的两类边界影响因素。通过构建理论分析模型,研究了进气系统压力损失对压气机试验特性的影响,和排气系统容腔效应对压气机过失速性能的影响。结果表明:(1)敞开吸气式压气机试验进气系统中流动损失最大的区域集中在进气节流阀处,依据各节流元件具体类型分段建立流动损失模型,可为间接获取压气机试验件进口压力参数提供新的自由度;(2)将试验设备排气节流装置直接布置在试验件流道出口,可抑制排气系统的容腔效应,保证压气机部件台架安装环境下的稳定性试验结果更趋近于整机工作环境;(3)相比于大流量风扇,高负荷多级压气机气动稳定性对于试验排气系统的容腔效应表现得更敏感。     

间冷回热循环发动机间冷器结构设计与工艺研究

为支持间冷回热循环发动机技术研究,根据Realizable k-ε湍流模型分析结果,设计了CC型交叉波纹板式间冷器。综合考虑气动、结构、传热、强度、工艺等因素,确定了间冷器的主要结构特征,拟定了结构设计方案。并与加工单位制定了详细可行的工艺流程,完成了间冷器加工。经试验验证,理论计算结果与试验结果吻合,CC型交叉波纹板式间冷器换热性能良好。可为航空发动机用间冷器设计加工提供参考。     

航空发动机吞冰损伤一体化数值模拟平台搭建与验证

为了给航空发动机在进气条件下的吞冰损伤物理试验提供多方案快速优化的数值参考,建立了航空发动机叶片吞冰损 伤快速分析的数值模拟方法和流程,并形成了1套软件系统。该系统通过研究发动机进气吞冰过程中冰体6自由度运动姿态和轨 迹的流场快速模拟方法,建立了吞冰流场的数值仿真模型;通过冰体的本构模型及冰体撞击叶片损伤效应的系统研究,准确建立 了叶片损伤模型;将吞冰流场计算和冰撞击过程计算进行了一体化耦合,形成了航空发动机叶片吞冰损伤的快速分析软件系统, 建立了冰块运动姿态、冰块撞击叶片破碎过程及轨迹预测的一体化仿真流程。结果表明：数值计算方法能够有效预测冰块运动轨 迹和撞击变形量,变形量误差不大于8%;该软件系统有效地解决了吞冰损伤复杂过程有限元模型的自动生成问题,极大地提高了 分析效率,可有效节约试验成本、提高试验效率。     

基于风险评估的航空发动机设计质量控制点设置方法研究

基于风险评估技术,研究了航空发动机设计过程质量控制点的设置方法。将每项设计工作的失效视为一个风险源,根据制定的具体化风险准则确定其后果严重性、发生可能性以及风险等级大小,在设计过程中设置不同层次的质量控制点。结合航空发动机方案阶段的设计流程,采用该方法进行分析,表明了将风险评估技术应用于设计质量控制点设置或优化的可行性和有效性。     

基于光纤光栅变形光谱的疲劳裂纹扩展监测方法

为研究金属疲劳裂纹扩展的在线监测技术,基于改进传输矩阵的光谱模拟方法,建立反映光纤布拉格光栅（FBG）光谱变形机理的裂纹扩展在线监测方法。研制了疲劳裂纹扩展在线监测系统平台,提出基于平移不变量小波法的试验光谱去噪方法,解决试验光谱信号中非连续与快速变化点难以平滑的问题;提出仅与裂纹扩展状态相关的FBG光谱面积参数,克服了光谱中心波长、光谱带宽等传统特征参数仅适用于恒定外载与恒定温度或对裂纹不敏感的局限性,给出基于光谱面积曲线拐点的裂纹扩展状态判定依据。     

压气机效率计算方法的探讨

在航空发动机的各设计和试验环节,压气机效率的准确定义对正确评价压气机性能和发动机热力学设计有着重要影响。明确了压气机效率的基本定义,指出了等熵效率和多变效率的评价方法及特点。归纳了目前设计、试验中压气机等熵效率的各类计算公式,并针对三种温升效率的计算方法开展了有效性和适用范围探讨,分析了试验中温升效率和扭矩效率测量精度的影响因素。推导了考虑级间引气的效率定义公式,并利用该公式评估引气对压气机效率计算结果的影响。     

临界流文丘里喷嘴在高空模拟试车台中的应用分析

为精确测量航空发动机高空试验低雷诺数进气条件下的空气流量,减小进气导管气流附面层影响,弱化空气流量测量与被试发动机的相关性,采用数值仿真方法分析了单个临界流文丘里喷嘴(CFVN)的工作特性,阐述了组合临界流文丘里喷嘴(ACFVN)空气流量计算方法。设计了适用于高空模拟试验设备(ASTF)的ACFVN结构,并对其气动工作特性进行了仿真分析,获得了ACFVN在ASTF上的设计和应用方法。研究成果对待建高空模拟试验设备完成ACFVN设计及后续在ASTF上的实施奠定了基础。     

中心锥锥角对航空发动机腔体RCS的影响

为研究航空发动机中心锥锥角对发动机腔体电磁散射特性的影响,采用迭代物理光学法和矩量法计算了不同锥角下雷达散射截面(RCS)随探测角度的变化,分析了不同探测角度范围下RCS平均值的变化趋势。结果表明:在-6°～6°探测角下,中心锥半锥角45°为RCS均值峰值点,半锥角40°及60°时出现RCS均值波谷值;40°或60°半锥角可作为航空发动机中心锥设计参考值。     

涡扇发动机风车起动点火匹配研究

针对涡扇发动机在高空状态的风车起动点火失败情况进行了原因分析和油气匹配研究。通过分析影响风车起动点火的主要因素,找出了点火失败的原因是点火油气不匹配,偏离了燃烧室可靠点火的余气系数边界。在油气匹配研究的基础上,提出了调整点火油气比的解决措施,并在高空台进行了试验验证。验证表明:该涡扇发动机风车起动点火失败的分析评估方法和解决措施合理可行,可为同类型发动机风车起动点火匹配设计和评估提供参考。     

基于试验数据统计的畸变特性关联模型

针对常规压气机进气压力畸变试验中采用多组插板、多组安装距离进行逐一尝试,导致试验效率低的问题,收集整理并统计了6台套压缩部件进气压力畸变部分参数的变化规律。利用插板前马赫数作为基准,初步得到不同插板安装状态下综合畸变指数随进口马赫数的关联模型。利用该模型对各种试验状态下的畸变指数进行预测,准确度基本能达到14.0%,为压缩部件进气压力畸变试验插板布局方案的制定提供了参考依据,并可提高试验效率。另外,关联模型还揭示,相比于气动界面与插板距离,插板深度对畸变流场的影响更大。