液化天然气作为航空燃料的发展趋势及特点分析

为研究液化天然气(LNG)作为航空燃料的可行性,对LNG的特点、发展趋势及作为航空燃料存在的问题进行了分析.采用了横向比较的方法,将LNG与新的航空替代燃料和传统航空燃料进行了比较和计算分析.结果表明:与新的航空替代燃料相比,LNG具有来源广泛、经济性好、发动机适应性强等优点.与传统航空燃料相比,LNG的储量大,可使用100年以上;可燃极限宽、污染物排放低,NOx排放仅为航空煤油的1/4;单位质量能量密度高、成本低,其燃料成本仅为航空汽油的一半,航空煤油的1/3;同时还具有可用于发动机高温部件冷却用的冷能,是一种极富潜力的航空燃料.指出在LNG作为航空燃料方面急需开展动力系统与飞机结构的匹配、燃料相态的有效转化及不同燃料在燃烧室内的反应特性等方面的研究工作.      

基于OpenFOAM的真实流体模型库及均相求解器开发

为了正确认识高压环境下的流体非理想性特征,及其对于低温射流喷雾过程的影响作用,将多种不同真实流体模型写入到开源CFD程序OpenFOAM仿真平台中,编译形成具有广泛通用性的真实流体热物理模型库;并将高压下真实流体特征的影响引入到压力修正算法中;开发出适用于描述超临界环境下低温流体流动过程的均相求解器。对高压下流体热物理性质的非理想性,以及超临界环境下的低温液氮射流喷注过程进行研究。结果表明:高压下的真实流体效应主要体现在低温区域,本文所建立的模型库可以在任意热力学状态范围内正确预测流体热物性;基于此模型库所开发的均相求解器可正确预测超临界环境下低温射流的详细流动特征和结构,而理想气体模型则会大幅低估射流核心区密度分布,中心线上误差高达68.9%;综合考虑计算精度和效率,PR EoS及相关模型更适合于这类超临界流动问题的求解;低温射流跨临界喷注中局部区域所发生的虚假沸腾现象会导致射流温升速率降低、体积膨胀速率加快;射流核心区压缩因子明显1,在数值仿真时必须考虑高压环境下的真实流体效应。     

翅片位置对复合式减涡器减阻性能影响数值模拟

为了探索翅片-管复合式减涡器的翅片安装位置对共转盘腔径向内流压力损失的影响规律,对不同转速、翅片周向位置及安装角度下的去旋系统开展了数值研究,得到了不同工况下共转盘腔径向内流的流场结构及压力损失分布曲线。研究结果表明:减涡管能引导流体径向流入,并降低流体的旋流比;相比于管式减涡器,翅片-管复合式减涡器能明显降低盘腔内的总压损失;在不同旋转雷诺数下,翅片的周向安装位置α及安装角β均存在最佳值;在中、高旋转雷诺数下,最佳值分别为α=9°,β=30°,最佳结构下总压损失较基础模型低40%左右;改变翅片周向位置及安装角度可以明显改变气流进入减涡管的角度,在较优情况下,可以减小流体流入减涡管的阻力及在减涡管内的流动阻力,整体上减小了盘腔内总压损失。     

高空模拟试车台动静架新型篦齿密封结构研究

航空发动机高空模拟试车台(简称高空台)动静架连接处存在气流泄漏或注入现象,导致低温试验时湿空气进入发动机,影响试验安全。针对该问题,根据理论分析和数值仿真,设计了一种基于中段进气的新型篦齿密封结构,建立了高空台动静架连接结构数值模型,分析了篦齿密封流场特性及泄漏特性。当进气口处于理想零泄漏状态时,控制口压力与进气口压力成正比;当控制口进气时,温度对封严效果基本无影响。本研究为减少高空模拟试车台动静架连接处主流道流量损失、提高试验安全系数,提供了一种新的高效密封结构。     

0.3 m低温风洞液氮供给系统研制

基于系统级的一维热流体模拟分析,建立了适用于研究分析0.3 m低温风洞液氮供给系统的数学模型,并开展了系统漏热、两相流及缓冲罐中液氮容积等流体动力学分析;在系统现有控制策略及试验数据的基础上,基于该数学模型开展了系统压力动态响应分析,获得了在阀门动态调节过程中管网压力的瞬态响应,计算结果与试验值的总体误差控制在10%以内。喷射压力一致化改造避免了阀间干扰,添加的回流管道消除了供给末端的两相流现象,使喷射压力控制精度达到1.1%,调节时间减少到23 s,实现了风洞总温快速安全调节和精确控制。     

一种可紫外光固化新型耐烧蚀涂料研究

基于巯基-乙烯基光引发逐步聚合机理,以含有乙烯基的液态硅氮烷预聚物与多元巯基化舍物为基体,辅以某种陶瓷微粉作为填料,研制了一种可紫外光固化的新型耐烧蚀涂料.采用等温差示光量热扫描(DPC)和测试固化度研究了填料添加量对紫外光固化放热行为和一次成型厚度的影响关系.结果表明:在制备0.5 mm厚的涂层时,填料添加量逐渐从0增至5%(质量分数,下同),固化放热峰值和放热量随添加量的增大而逐渐减小,且固化放热峰从尖锐逐渐趋于平坦,这是由于填料的加入使得涂料变为不透明,对入射的紫外光线产生了衍射/反射作用,从而减弱了辐照强度;填料添加量大于10%时,明显阻碍光固化反应的发生,涂层的一次成型厚度随填料添加量的增加而降低,可采用多次涂敷的措施解决涂层厚度不足的问题.当填料添加量从0增至20%,对于1.0 mm厚的涂层而言,在800℃质量保持率从61.2%增至73.5%.填料含量20%的涂层具有较为优异的耐烧蚀性能,氧-乙炔烧蚀的线烧蚀率为0.252 inm/s,质量烧蚀率为61.7 mg/s.     

低温等离子处理对PTFE表面性能的影响

采用He,O2为处理介质,对PTFE(聚四氟乙烯)薄膜进行了低温等离子体表面改性.分析了表面元素,测试了接触角和表面能,用原子力显微镜观察了PTFE表面形貌.研究表明:经等离子体表面处理后,PTFE接触角降低,表面能提高;经He处理后,水接触角由108°最低下降至82.4°,表面能由24.0mJ/m2到34.4mJ/m2;经O2处理,水接触角由108°下降到了80.6°,表面能为35.8mJ·m2.形貌观察表明,处理后的PTFE表面粗糙度明显增加,引入了含氧官能团.另外,得到较佳的处理参数:O2为处理介质、功率300 W.     

苯并噁嗪/ BMI/ 环氧树脂的固化动力学

制备了苯并噁嗪树脂/BMI/环氧树脂三元体系,采用动态DSC分析了三元体系的固化反应过程。并用Kissinger和Ozawa方法分别求得三元体系的反应活化能为89.5 kJ/mol。由Crane理论计算得到该体系的固化反应级数n=0.93级反应;根据计算的动力学参数,建立了三元体系的固化动力学模型。利用所建立的固化动力学模型分别预测了等温和动态条件下,三元体系的固化反应特性。得到了三元体系的固化工艺为180℃/1 h+200℃/2 h+230℃/2 h,后处理工艺为250℃/2 h。     

分步固化工艺对中温材料体系天线罩性能的影响

为探讨分步固化工艺对某中温材料体系天线罩性能的影响,本文对SW-280A/环氧树脂预浸料、FM73M胶膜和Nomex纸蜂窝组成的中温材料体系层压板及蜂窝夹层结构试样多次固化后的力学性能及电性能进行了研究。结果表明:经一次、二次、三次、四次及五次固化后,力学性能及电性能变化幅度不大,无明显的下降趋势,说明多次固化未对该中温材料体系的力学性能及电性能造成影响。材料体系天线罩的制造可以采用分步固化工艺,分步固化工艺对其力学和电性能不会产生影响。     

邻苯二甲腈基联苯型酚醛树脂的制备与性能

以碱为催化剂,通过联苯型酚醛树脂与4-硝基邻苯二甲腈之间的亲核取代反应,制备了邻苯二甲腈基联苯型酚醛树脂(PBN).流变性能测试结果表明,PBN树脂在180 ～ 300℃,黏度＜400 mPa·s,表明该树脂具有优良的加工性能.DSC测试结果表明,PBN树脂的固化温度为280～450℃,固化反应峰值温度为377℃,固化放热约为187 J/g.该树脂表现出优良的耐热性,其储能模量起始下降温度高于450℃,Td5约为529℃,氮气氛围、900℃残碳率约为78％.