耦合空气系统的燃气轮机拓扑自构建建模方法

为了实现通用性强、可扩展性好、灵活高效的整机性能模型通用建模,提出了一种拓扑自构建的燃气轮机整机性能通用 建模方法。基于面向对象思想,采用模块化技术构建通用部件库,再通过拓扑接口关联部件组成整机模型,建立了适用于不同燃 气轮机类型的整机性能仿真模型。耦合了多支路复杂空气系统迭代求解模型,将其作为部件嵌入整机模型,以取代现有的定比例 引气量计算方法。采用跨平台图形开发框架及图像可视化技术,开发了人机交互友好的整机性能预测平台。采用典型双轴燃气 轮机算例,与试验结果进行了对比验证。结果表明：对于动力涡轮出口温度,采用恒定引气比方式和当前耦合方法的计算结果与 试验结果对比得到的最大误差分别为3.36%和1.31%;对于出口压力的计算在多数工况下的计算精度也有所提高。提出的拓扑自 构建的燃气轮机整机性能通用建模方法实现了部件自由搭建及整机拓扑自构建,且耦合空气系统后,整机性能仿真精度显著 提高。     

基于混合有限元模型的航空发动机主轴承剥落故障仿真分析方法

高保真的整机实体有限元模型可以逼真地反映航空发动机整机振动特性,但是难以考虑复杂的滚动轴承故障动力学模 型,且其计算量太大,不能胜任主轴承故障激励下的整机非线性动力学仿真。为了有效地进行发动机主轴承的故障诊断,开展了 主轴承剥落故障激励下的整机振动响应机理研究,提出了一种基于整机实体有限元模型和整机梁单元有限元模型的主轴承故障 动力学混合仿真分析方法。利用整机梁单元模型仿真分析得到主轴承故障激励下与机匣相连接的主轴承支反力,在整机实体有 限元模型中去除转子实体有限元模型,将支反力直接施加到各支承处的轴承座上,利用瞬态响应分析方法获取主轴承故障激励下 的整机振动响应,并利用整机梁单元模型进行了方法验证。结果表明：利用混合有限元仿真方法获取了航空发动机主轴承故障激 励下的仿真信号,误差均不超过1%,表明了所提出方法的正确有效性。     

基于维修性设计的管路自锁连接结构分析

为了研究管路连接结构对维修性设计的影响,针对军用小涵道比涡扇发动机外部管路连接结构,从维修性角度出发,详细研究了丝套自锁、爪式自锁、卡环自锁以及卡钩/卡槽4种管路自锁连接结构,分析了不同结构的特点和实现自锁的机理,得出管路自锁是通过相对独立于螺纹结构的形变产生克服螺纹松脱的力矩,并间接作用于螺纹实现自锁的结论。通过对比研究,总结归纳出不同管路自锁结构的优缺点,以及其取消保险丝显著提高管路连接的维修性和装配性的共性优点。     

回热式工质驱动分布式推进系统参数研究

为研究以回热后的压气机引气驱动推进器风扇的工质驱动分布式推进系统（Recuperated Gas-Driven Distributed Propulsion,RGDDP）,对其热力循环过程和能量流动展开研究。基于部件法建立了推进系统的设计点计算模型,分析了引气参数和推进器风扇压比对推进系统耗油率的影响,在此基础上,分析了推进系统耗油率对部件效率的敏感性。在不同循环参数下与涡轮电分布式推进系统（Turbo-electric Distributed Propulsion,TeDP）的耗油率进行了对比,得到了RGDDP的热力循环特征。结果表明,引气参数存在最优组合使得推进系统的耗油率最低,同时耗油率对能量传输相关的部件效率敏感性最高;与TeDP相比,涡轮前温度对推进系统的耗油率影响更大,而总压比的影响较小;总涵道比为20时,相对于TeDP,RGDDP具有一定耗油率收益,随着总压比的升高收益降低,总压比为66时仍有3%左右的收益。提高RGDDP总体效率的关键在于降低能量传输过程中的损失并提高换热效率。     

镍基高温合金表面Co-Al涂层抗高温氧化性能研究

为了研究镍基高温合金表面Co-Al涂层抗高温氧化性,对该Co-Al涂层在800、900和1000℃下进行200 h高温氧化试验,利用扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)和X射线衍射仪(XRD)等进行高温氧化行为分析。结果表明：合金氧化动力学曲线均基本符合抛物线规律,氧化激活能为78185 kJ/mol,质量增大速度较缓慢,平均氧化速度也较慢;合金表面生成氧化物结构完整、致密,主要以Al₂O₃为主;表面生成连续致密的Al₂O₃保护膜有效地阻止了Al向涂层与空气界面的外扩散和氧向涂层与基体界面的内扩散,在3种温度下Co-Al涂层均表现出优异的抗高温氧化性能。     

旋转爆震燃烧航空涡轮发动机研究综述

旋转爆震燃烧具有燃烧过程自增压、熵增小、循环热效率高等特性,将其应用于航空涡轮发动机,有望实现发动机性能阶跃式突破。主要介绍了旋转爆震燃烧的基本原理及特点,总结了国内外旋转爆震燃烧技术、旋转爆震涡轮发动机性能和试验技术的研究现状,论述了旋转爆震燃烧加快应用到航空涡轮发动机上需要深化研究宽范围进气下稳定爆震燃烧组织、旋转爆震燃烧与上下游匹配等关键技术,并对中国旋转爆震燃烧航空涡轮发动机工程化应用提出了制定长期发展规划、实施专项研究计划、组建联合团队等发展建议。     

大尺寸盘榫结构件疲劳寿命优化设计及验证方法研究

针对航空发动机及燃气轮机设计中盘榫应力集中导致的结构件寿命瓶颈问题,导入三次B样条曲线优化理念,以较低设计参数调整维度代价获得了定性合理、可变性较大的榫槽优化结构,稳定提高了设计优化速率和泛化能力。面向大尺寸盘榫结构件,提出根据优化前后榫槽应力集中位置的应力水平和梯度设计模拟件进行验证,保证了大尺寸结构件设计方案验证的等效性和充分性。仿真结果显示,优化后的盘榫结构件最大应力降低45%,低周疲劳寿命提高约36倍;基于应力集中和梯度设计的模拟件验证结果与仿真结果一致,印证了优化收益和验证方法可靠性,对于大尺寸结构件疲劳试验设计具有普遍借鉴意义。     

导流叶片宽度对预旋系统性能影响的数值研究法

为研究导流叶片结构尺寸对盘腔预旋性能的影响,采用RNG k-ε模型对导流叶片无量纲宽度为0、0.1、0.2、0.4、0.6、0.8和1.0的预旋系统在不同旋转雷诺数工况下进行了数值研究.结果表明:导流叶片能够提高喷嘴压比和温降系数,旋转雷诺数越大,提高的幅度越大;旋转雷诺数较大时,喷嘴压比和温降系数随导流叶片无量纲宽度增大而增大,无量纲宽度超过0.6后,趋于平稳.当导流叶片无量纲宽度在0~0.2范围内,总压损失系数随导流叶片无量纲宽度的增大而增大;当导流叶片无量纲宽度大于0.2时,总压损失系数随导流叶片无量纲宽度的增大基本不发生变化.     

简化尺寸标注的MBD 设计方法研究与实践

应用MBD技术进行结构复杂产品及大型装配件设计时,由于标注信息量过大易产生"刺猬"现象而影响信息快速准确地表达和提取。为解决这一问题,提出了简化尺寸标注的MBD设计方法,通过简化MBD标注信息能够建立可快速读取的MBD 3维模型。将新方法应用于某型发动机机匣的设计。研究结果表明:采用简化尺寸标注的MBD方法可大幅减少设计的工作量,提高设计的效率和质量,验证了该方法的可行性和可靠性。     

附件机匣振动力学行为及寿命分析

附件机匣作为航空发动机的重要部件,获得其寿命指标至关重要,在对附件机匣壳体进行疲劳寿命分析时,需要充分考虑其复杂多样的工作环境以及各载荷情况。基于ANSYS Workbench有限元仿真,计算得到了附件机匣在考虑自身重力和固定约束条件、轴承载荷、温度场以及振动载荷谱共同作用时的应力响应功率谱密度。采用雨流循环计数方法并通过MATLAB编程计算得到附件机匣的疲劳寿命。结果表明:振动谱沿Z轴得到的等效应力值最大,且最大点的应力响应PSD谱中σx的总均方根值远大于其余应力。单独采用σx应力PSD谱和采用所有应力PSD谱计算得到的寿命相差仅50 min,因此可采用RMS最大的σx应力PSD谱计算附件机匣的疲劳寿命。