并联式涡轮冲压组合发动机安装性能数值模拟

为了研究涡轮基组合循环发动机的安装性能,基于美国Georgia大学工程技术研究中心提出的HSF高速飞行器,选择并联式涡扇-冲压组合发动机方案作为研究对象.采用数值模拟方法,研究了并联式涡扇-冲压组合发动机的工作模式转换点的确定方法,以及模式转换过程中气动参数变化和几何调节规律,建立了适用于并联式涡轮基组合发动机的进排气系统安装损失计算模型及安装性能计算模型.研究表明,通过几何和发动机供油规律调节,可保证在推力连续的准则下完成工作模式转换,发动机的安装性能满足飞行器的要求.     

压气机喘振模式识别与在线检测

为发展一种运算简单、性能可靠的喘振在线检测系统,分析了压气机出口总压信号的时域和频域特性.当压气机逐渐进入喘振时,时域内表现为压力脉动强度的增大,频域内表现为信号能量在低频成分集中.选用标准差σp表征压力脉动强度;平均频率-f表征信号频域特性.考察了由σp和-f构成的模式平面,提出了一种综合时域和频域特性的喘振检测判据,检测门限可根据置信度要求进行设置,给出了在线检测系统的流程图.采用压气机试验台实测数据验证,该方法可有效地进行喘振在线检测.     

小涵道比涡扇发动机动态特性数值计算

研究了涡扇发动机动态数学模型以及数值模拟方法,对于进口条件变化、发动机加速、发动机减速、发动机加力等情况下动态工作过程,改进的发动机动态性能数值模拟程序具备了数值仿真的能力,并对小涵道比涡扇发动机动态特性进行了数值计算分析,结果表明:对于飞行条件快速变化的情况,当发动机推力增大到一定程度后,会有逐渐减小的趋势,而缓慢变化时,就没有这种振荡现象;对于燃油质量流量增大、减小情况,变化的快慢对应耗油率的峰值是不同的;同样,随着加力温升的变化速度不同,发动机推力和耗油率达到的峰值也不同.      

涡轮冲压组合发动机加力/冲压燃烧室流动及燃烧模拟

为了解加力/冲压燃烧室内流场分布特性,利用0维串联式涡轮冲压组合发动机(TBCC)性能计算程序得到发动机主要截面参数结果.基于计算流体力学(CFD)模拟方法,进行了小型涡轮冲压组合发动机在关加力模态、开加力模态、模态转换和冲压模态下加力/冲压燃烧室内部流动及燃烧模拟,分析了单环和双环火焰稳定器对加力/冲压燃烧室长度等方面的影响,通过对比可知:在同等长度下含有双环火焰稳定器的燃烧室出口温度更高.     

涡扇发动机加力燃油计量装置建模与性能分析

航空发动机加力燃油计量装置对于准确实现加力燃油控制规律和加力接通与切断过渡过程的性能至关重要。为了对某涡扇发动机加力燃油计量装置的性能进行深入分析,采用面向对象的建模软件AMESim对加力燃油计量装置进行建模,对该装置动态性能、抗干扰能力以及指令压力实现、逆序切油功能等进行了深入研究。结果表明：该加力燃油计量装置性能优良,可以实现设计要求的功能。所建模型可供加力燃油计量装置的设计、改进改型和性能优化参考     

先进燃烧室分配器式扩压器实验研究

针对高性能航空发动机燃烧室进口马赫数不断提高,同时先进燃烧组织对流量分配及头部空气动力学的要求,设计出一种适用于可变几何燃烧室的新型燃烧室扩压装置一分配器式扩压器.通过试验研究,重点研究了分配器式扩压器的总压损失与马赫数以及面积比的关系,分配式扩压器挡板对流场的影响.结果表明:当马赫数为0.359时总压损失为3.57％,这说明扩压器总压损失符合要求;存在一个面积比1.6～2.1使得扩压器出口流畅分布均匀;挡板可以改变流场分布和入口压力参数.     

针对叶轮机流场分析的不同Spalart-Allmaras湍流模型评价

Spalart-Allmaras（SA）湍流模型在Reynolds-Average Navier-Stokes（RANS）方程求解中得到了广泛的应用。针对叶轮机数值模拟,国内外学者提出了很多修正的SA模型,但它们之间的对比少有研究。为此,综述了原始的SA（SA-standard）,SA-neg,SA-Helicity,SA-Ning及SA-R五种不同SA湍流模型。针对NASA Rotor 67和NASA Rotor 37,考察这五种湍流模型对数值计算稳定性的影响及对叶轮机内部流动细节捕捉的能力。研究表明：SA-standard和SA-neg湍流模型计算结果几乎相同;相比于SA-standard湍流模型,SA-Ning湍流模型计算的压比、效率和堵塞流量均较大;SA-R湍流模型模拟的激波/边界层干涉更严重,分离区域更大,计算的压比小,模型修正效果不理想;SA-Helicity湍流模型不仅能极大地提高计算的压比和流量范围,而且能提高计算的稳定性和失速工况下的计算准确性,但计算的堵塞流量和效率较小。     

对转压气机变转速比失速类型试验

对转压气机具有独特的气动布局,其失速形式相比常规布局压气机更加复杂且多变。本文在试验中通过进出口壁面静压孔和叶顶高频动态压力传感器阵列成功得到了不同转速比下的特性曲线及其失速起始-发展-恢复过程。结果表明：不同转速比下的特性曲线具有相似的变化规律,在失速起始-发展-恢复过程中均存在明显的迟滞环。当转速比≤1时,在失速起始阶段,失速扰动首先出现在后转子,随后在前后转子周向占据一定范围并旋转,方向与后转子一致。在退出失速时,失速扰动旋转速度提升且尺寸迅速减小。当转速比等于1.333时,失速扰动固定在周向某一位置并占据大概225°周向范围且几乎同时贯穿前后转子,失速恢复时失速扰动在1 s内迅速衰减直至完全消失。     

齿轮传动对转桨扇发动机总体性能建模

为了开展齿轮传动对转桨扇发动机总体性能计算,在双轴涡桨发动机性能模型基础上完善了减速器与对转桨扇性能计算模型,通过构建求解方程组完成了齿轮传动桨扇发动机总体性能建模。计算表明,本模型设计点性能计算结果与公开文献计算结果误差不高于0.1%。本模型可在控制规律设计中选择桨距角为被控参数,且桨距角的调节对对应桨性能及转速影响最大;选定燃气发生器某一参数作为被控参数,再从前后桨桨距角、转速及自由涡轮转速中选取两个被控参数,组合形成的10种三变量组合控制规律均能在本模型中完成计算。结果表明,本模型可支持开展桨扇发动机控制规律设计与性能计算,具有良好的适用性与收敛性。     

跨声轴流压气机激波/泄漏涡/边界层分离相互作用的影响

对跨声速转子Rotor37进行三维定常数值模拟,将设计间隙与零间隙进行对比研究,分析激波、边界层分离、间隙泄漏涡相互作用影响.数值计算显示:激波、泄漏涡、边界层分离相互影响,加速了失速的发生;减小间隙可以起到扩稳的作用.根据边界层分离、间隙泄漏涡在叶栅高度上的影响范围,提出利用抽吸技术进行被动控制改善流道流动状况时抽吸点的设置位置.