航改燃机多点喷射贫预混燃烧室燃料分级实验研究

为保证多点喷射贫预混燃烧室在50%～100%载荷工况范围的NO_x和CO排放量满足排放标准,本文实验研究了燃料分级数及不同工况、进口压力、进口温度下燃料分级比例对七喷嘴燃烧室NO_x和CO排放的影响规律。结果表明：主模燃料不分级方案,50%～60%载荷工况CO排放量较高而不满足排放标准;主模燃料分两级方案,50%～100%载荷工况范围内NO_x和CO排放量均满足■≤25×10^-6,f_CO≤50×10^-6(@15%O₂)的排放标准,且70%工况是打开主模第二级燃料的过渡工况点。另外随着进口压力和温度升高,能同时满足NO_x和CO排放标准的R_pilot(副模燃料质量流量与总燃料质量流量之比)范围逐渐缩小,且NO_x排放量与进口压力关系为■∝p₃^0.44。因此采用主模燃料两级分级方案且适当调节R_pilot,本文多点喷射贫...     

“仿生学”沟槽减阻仿真分析及机理研究

"仿生学"沟槽结构在航空发动机叶片减阻和燃滑油系统减阻等领域有潜在的应用前景。为获得该结构构型参数和雷诺数对减阻效果的影响规律,通过对鲨鱼及海豚表皮特征进行仿生设计了横向和纵向沟槽,利用数值模拟方法对不同沟槽构型在不同雷诺数下的减阻效果开展了对比研究和机理分析。结果表明:横向和纵向沟槽构型减阻率均随雷诺数增大而减小,并且雷诺数影响占主导地位。对于横向沟槽构型,沟槽间距较大的构型沿程阻力占主导,在相对高雷诺数下减阻效果较好;沟槽数量较多的构型局部阻力占主导,在相对低雷诺数下减阻效果较好;无间距构型在相对低雷诺数下减阻效果最好,减阻率约为4.14%。对于纵向沟槽构型,减阻率比横向沟槽的高约1个百分点,雷诺数对减阻效果影响不大。     

新型锁键螺套在树脂基复合材料上的应用研究

锁键螺套作为一种新型的内螺纹紧固件,具有安装方便、连接可靠、便于拆卸等优点,解决了钢丝螺套使用中的一些问题。结合使用中的经验,介绍了锁键螺套的结构特点和安装原理,详细论述了锁键螺套在树脂基复合材料上的安装方法、工艺参数和应用效果。应用结果表明,采用气动冲压工艺可以实现锁键螺套在树脂基复合材料上的安全装配,安装效率高且拆卸方便。     

航空发动机1 次表面换热器流动换热性能分析

为了研究航空发动机1次表面换热器流动换热性能,基于传热单元数法并结合其结构特性,建立了换热器热力学设计方法并对经典热力学公式进行了对比分析。同时针对适用于航空发动机的4种不同结构形式1次表面换热器(直通道逆流型和1 5°,30°及45°叉流型),在真实工况下的流动换热特性开展了数值模拟研究。通过对比不同结构换热器在不同工况下的流动换热特点,可以为一次表面换热器芯体核心部件的优化设计提供设计依据和方法。基于数值计算结果,对比分析了不同交错角度θ对换热器的换热性能与流动特性的影响。结果表明:对于直通道逆流换热器,整个换热器内部温度有规律均匀分布;对于叉流换热器,由于波纹板片呈一定角度交替放置,内部流动复杂,局部存在明显的涡流强化换热,气体流动通道内的速度、温度分布极不均匀。随着交错角度的不断增大,叉流换热器的换热性能不断增强,但其冷热两侧压降也大幅增大。     

大涵道比涡扇发动机风扇叶片动应力测量试飞

为了给风扇叶片设计验证和改进提供依据,针对大涵道比涡扇发动机风扇叶片的结构特点和振动强度设计要求,获取了飞行中发动机风扇叶片的振动特性,对风扇叶片振动强度进行了仿真分析,并将分析结果应用于测试方案设计,对飞机和发动机本体进行了改装,建立了飞行试验方法。基于充分的技术准备,完成了国内首次大涵道比涡扇发动机风扇叶片动应力测量试飞,填补了国内试飞领域的技术空白,掌握了发动机风扇叶片动应力测量试飞技术,为中国开展航空发动机转子叶片动应力测量的研制试飞和适航审定试飞奠定了基础。     

阻尼环在整体叶盘结构中的减振应用

随着整体叶盘结构在航空发动机中的广泛应用,其抗高周疲劳能力设计愈发重要。为了提高整体叶盘结构的减振能力,以风扇整体叶盘模型试验件为研究对象,设计了2种安装在缘板下方的阻尼环,阻尼环与槽道之间通过摩擦碰撞的方式来消耗振动能量,从而降低结构振动响应。通过谐波平衡法开展了阻尼减振效果分析,获得了在不安装阻尼环、安装长方形截面阻尼环和安装圆形截面阻尼环3种工况下的相对响应幅值。通过采用自由振动衰减法在不同叶片上进行敲击,测试获得3种工况下风扇叶盘前4阶模态对应的阻尼特性。结果表明：在相同激励下,不安装阻尼环、安装长方形阻尼环和安装圆形阻尼环的相对响应幅值分别为0.126%、0.98%和0.168%,圆形阻尼环具有较好的减振效果,与试验结果吻合较好。说明在配合关系合理的情况下,阻尼环与配合槽道摩擦接触消耗能量,降低了风扇整体叶盘的响应,增大了叶盘的低阶阻尼比。研究结果对工程上整体叶盘结构减振设计具有一定的参考价值。     

航空发动机内涵喷管裂纹机理分析

为了排除某大涵道比发动机内涵喷管尾缘在试车过程中多次发生的裂纹故障,对裂纹的机理进行了分析,并对内涵喷管进行了断口分析、有限元强度分析、模态及动应力测试分析。结果表明：内涵喷管的裂纹断口为高周疲劳断口。故障位置内、外壁面温差大,温度应力水平高;内涵喷管的结构刚度较低导致其模态密度较大;在工作状态下内涵喷管受气流随机激励作用同时出现多阶模态的振动响应。强度分析表明在动应力和静应力共同作用下,内涵喷管动强度储备不足导致其发生高周疲劳失效。采取改进内涵喷管加强环的结构形式,减小故障位置的温度梯度,增大内涵喷管结构的刚度等改进措施后,内涵喷管经动应力测试和强度分析其动强度储备满足强度要求,经70 h试车验证未再发生类似故障。     

核心机压气机进口可调静子叶片角度控制规律

核心机试验进气范围宽,从常温常压状态到加温加压进气状态,进行进气温度和压力调节的同时给核心机带来大量的过渡态工作过程,对核心机气动稳定性提出了较高的需求,通过压气机进口可调静子叶片角度(α₂)的调节可以有效提升稳定裕度,需要设计出合理的压气机α₂规律来保证核心机的试验安全。为了研究压气机进口可调静子叶片角度控制规律,以整机大量试验数据为基础,以发动机相似原理为理论依据,分别在核心机稳态、加速和减速等不同状态下开展核心机与整机压气机进口可调静子叶片角度控制规律对比研究。结果表明：最终确定的压气机α₂稳态规律与整机的n_2R25-α₂控制规律相同,遵循在加速过程中稳态基础上偏关2°、在减速过程中稳态基础上偏关5.5°的控制规律,确保压气机在试验过程有较好的稳定裕度,保证试验安全。     

基于系统工程的高压涡轮叶片内腔渗层正向设计

为了解决涡轮叶片内腔渗层设计过程中需求分析不全面、设计确认不充分、设计验证不完整等问题,提出基于系统工程理论的方法,对舰用燃气轮机高压涡轮工作叶片内腔渗层进行正向设计研发。应用需求分析-技术方案设计-试样验证-产品实施-产品集成-产品验证的技术路线,开展了涡轮叶片内腔渗层技术研究。通过拉伸性能试验、低周疲劳试验、高周疲劳试验、燃气热腐蚀试验、工艺试验等对多方案进行验证,优筛选出的内腔CoAl薄渗层和纯Al薄渗层为最佳方案。结果表明：验证方案合理可行,渗层能够满足发动机的使用需求。基于系统工程的涡轮叶片内腔渗层设计方法从整体需求出发,设计、验证具有系统性和完整性,在叶片内腔渗层设计过程中具有重要作用。     

高温退火处理对ZnO压电涂层结构和性能的影响

ZnO是目前压电螺栓传感器的主要涂层材料,具备优异的压电性能,表现出优异的声-电信号转换性能,但目前对其高温结构及性能稳定性研究较少。本工作利用射频磁控溅射法在（100）Si和工业用钛合金螺栓上制备出可产生超声纵波的ZnO压电涂层,并对其进行不同温度和不同时长的退火处理,用扫描电子显微镜、原子力显微镜、X射线衍射和自建的WHU-US100声信号测量设备研究高温退火处理对涂层结构及性能的影响。结果表明,Si/ZnO涂层在600℃以下的退火处理不会对涂层表面微观形貌产生影响,涂层截面形貌呈现柱状晶结构,且随着温度的升高,柱状晶有合并的趋势;涂层表面粗糙度变化幅度为±4 nm;不同的退火温度对涂层的晶体结构未产生明显的影响。螺栓/ZnO涂层在500℃及以下温度的退火处理后涂层表面完整,600℃退火处理后的螺栓涂层完全脱落,超声检测表明涂层在500℃以下退火后保持稳定;在300℃下,经过长时间的退火处理后,螺栓样品可正常激发出超声波,涂层结构未被破坏,表明该ZnO涂层可以在300℃的温度范围内长期服役。