基于一维模型的涡轮过渡流道优化设计

降低涡轮过渡流道的损失,缩短其长度,增大其径向偏移,是提高高涵道比涡扇发动机经济性和环境友好性的重要手段之一。目前研究基于所发展的一维涡轮过渡流道性能预测方法,提出了涡轮过渡流道设计的优化问题,融合单纯性优化方法,建立了一套有自主知识产权的涡轮过渡流道初步优化设计体系,用于涡轮过渡流道的快速设计。文中简要讨论了涡轮过渡流道的一维性能预测方法,给出了一维优化过程中所涉及诸多因素的确定,如几何的参数化、目标函数的确定,优化方法的选取、初步设计的建立以及优化的流程等。最后,以某实际涡轮过渡流道的优化设计为研究对象,对所发展的方法进行了验证,结果表明优化后的流道在总压损失和压升方面都较原型有了提高。通过目前的设计算例,充分确认了方法的鲁棒性和有效性。     

低雷诺数下翼面局部振动增升机理研究

采用计算流体力学(CFD)方法研究低雷诺数下翼面局部振动对翼型气动特性及其流动特征的影响规律。建立局部振动激励的力学模型,并采用任意拉格朗日-欧拉坐标系下的特征线有限元(ALE-CBS)方法对局部振动激励下翼型绕流问题进行模拟,分析局部振动对非定常流动演化的影响规律,揭示其增升机理。研究结果表明:翼面局部变形的增加会有效降低翼型上表面的前缘压力;非定常流动分离中旋涡之间的距离及其演化频率与振动频率的关系是影响翼型翼面局部振动增升效果的重要因素。当流场主频率与振动频率相同,次要频率为主频率的2倍,即发生锁频时,翼面振动产生的移动分离泡能够使分离区从主流获取更多的能量,使翼型上表面保持较低的压力,有效提高翼型升力。     

测量系统特性对压敏涂料校准影响的实验研究

针对压敏涂料(PSP)的特性,基于自行建立的光学压力测量系统,研究了CCD相机光圈与激发光源强度对校准结果的影响。对压力为27.4～147.4kPa,相机光圈F值为2.8～11.0,激发光源在200W、400W两种强度条件下分别开展了国产压敏涂料的校准实验,每一采样点采集20次。通过对所采集荧光图像进行平均、比运算等一系列图像处理后,可得到不同条件下的压力校准曲线,分析了相机光圈与激发光源强度对压敏涂料压敏特性的影响。实验研究结果表明:经过比运算可以消除系统和光照不均匀对压敏涂料发光的影响;激发光需具有一定强度,激发光的强度要足以使涂料中的光敏分子产生能级的跃迁;相机的光圈值越大,所采集到的图像信噪比越大,获得的压敏涂料校准曲线斜率越大。     

航空发动机篦齿-橡胶涂层机匣碰摩实验

为了探明航空发动机增压级篦齿与橡胶涂层机匣碰摩引起的转静子振动特征,设计了转静局部碰摩实验器,测量和分析了不同转速碰摩过程中的转子振动位移、机匣与支座振动加速度、机匣与弹性支承应变、机匣温度等信号的时频域变化规律。结果表明,橡胶涂层的可磨损性和可熔化性对转静碰摩振动特征影响较大,碰摩过程中转静接触状态动态变化,碰摩呈现出能量高、突变性强、短时自脱离的特点,碰摩过程测量信号经过突变后可快速恢复原状态,碰摩激起转静子耦合振动,产生转子、静子固有频率共振,同时存在机匣固有频率与转频的调制振动。     

阵列表面电弧激励控制激波附面层干扰机理

为了获得阵列表面电弧控制激波/附面层干扰不稳定性机理，开展了高频激励和低频激励的实验研究。综合运用高速纹影、动态压力等先进测试手段和分析方法，揭示阵列电弧等离子体激励的热效应和涡效应特性。结合流动显示和壁面动态压力脉动，深度揭示了控制过程。更为关键的，因为高频激励模式下的激励器处于低功耗状态，这样可以提供稳定的控制效果。基于动态压力频谱分析，发现高频激励下低频不稳定性能量的占比降低12.2%。结合纹影显示，获得高频激励下的涡效应主导机制。     

基于滑动弧的燃烧室头部强化燃烧特性

为了研究基于滑动弧的燃烧室头部强化燃烧效果，探究了燃烧室头部的点火过程以及不同等离子体电源输入功率下的点/熄火边界，利用像增强系统获得了CH*基团的分布云图。实验结果表明：输入功率的增大使得燃烧室的点/熄火边界均得到拓展，与160 W工况相比，输入功率为320 W时，点火边界平均拓宽约17.6%，与未放电相比，输入功率为320 W时，熄火边界平均拓宽约45.3%，滑动弧放电对熄火边界拓宽效果明显；当滑动弧能够点燃来流新鲜混合气时，输入功率的增加使得CH*基团分布向上游移动，当输入功率为320 W时，燃烧火焰驻留在燃烧室头部，当滑动弧激励器仅具有助燃作用时，输入功率的增加使得局部CH*基团辐射强度增强，热释放速率增加。     

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。     

滑动弧等离子体强化燃烧技术在航空发动机中的研究进展

滑动弧等离子体强化燃烧技术是一种新型的强化燃烧技术。从航空发动机燃烧室点熄火边界拓宽的需求出发，阐述了 滑动弧强化燃烧的基本原理，分析了滑动弧等离子体通过化学效应和热效应2个方面强化燃烧的作用机制，介绍了滑动弧等离子体强化燃烧技术应用于航空发动机的潜在优势。从放电特性、数值仿真、强迫雾化和强化燃烧4个方面，分析了滑动弧强化燃烧的研究现状。针对滑动弧等离子体强化航空发动机燃烧技术的技术特点，给出了3种自由轨道式3维旋转滑动弧强化燃烧方案和1种固定轨道式滑动弧强化燃烧方案。以燃油喷嘴和文氏管放电方案为例，给出了旋转滑动弧强化燃烧的试验验证结果。对滑动弧等离子体强化燃烧技术在航空发动机上的实际应用进行了总结和展望。     

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。     

航空发动机高压转子“可容模态”设计及实验验证

为降低航空发动机高压转子的振动，提高高压转子对复杂工况的可容度，本文建立带双阻尼器的高压转子动力学模型，开展模态分析和响应分析，研究高压转子关键结构参数对“可容模态”的影响规律。构造了可容度评价函数η，建立了“可容模态”设计方法。设计了高压转子模拟实验器，通过模态校核实验验证了计算模型和计算方法的准确性，通过“可容模态”实验验证了设计方法的可行性。研究发现，利用当量临界转速ωˉ估计转子系统前两阶临界转速的方法可行，高压转子实验器的临界转速满足ωcr1≤ωˉ，ωˉ≤ωcr2≤2ωˉ；高压转子实验器在两阶“可容模态”下连续“共振”时长达到7125s，实验器转子关键部位的振动位移峰值不超过79.42μm，振动速度有效值不超过2.33mm/s，最大波动不超过10.59%。结果表明，所建立的发动机高压转子“可容模态”设计方法是行之有效的。