航空发动机积垢和在线清洗技术研究进展

随着中国民航事业的发展,航空发动机的经济性与安全性至关重要。压气机积垢是造成航空发动机性能降低的主要因素之一,发动机在线清洗是目前经济有效的除垢手段,积垢的清除效果与清洗系统参数密切相关。系统总结了发动机积垢机理和清除技术研究现状,分析评述了用于评估积垢效应的模型,考虑垢质颗粒运动过程中的聚合、破碎和表面侵蚀,进一步量化沉积效应和时间尺度,改进数值模拟过程、提高模型精度等方面尚需优化。同时对在线清洗参数和清洗时机进行了深入讨论,指出了不同在线清洗参数和清洗时机的清洗效果目前还处于初步研究阶段,还应加强对射流系统的喷雾覆盖范围、液滴尺寸和清洗频率的研究,建议在积垢程度、不同压气机尺寸和在线清洗经济性等方面进一步优化清洗工艺参数和清洗时机。     

等离子体合成射流改善翼型气动性能实验研究

等离子体合成射流(PSJ)是一种新型主动流动控制激励器,目前研究大多集中于激励特性,对于流动控制的应用研究还明显不足。为了深入探究PSJ翼型流动分离的控制能力与规律,以高升力翼型为载体,在翼型前缘施加等离子体合成射流激励(PSJA),研究激励器对升力特性的影响。结果表明:在翼型前缘施加PSJA,可以有效抑制流动分离;近失速迎角状态下,各个激励频率下都能产生良好的控制效果;过失速迎角状态下,低频效果最好,随激励电压增加,有效频率范围变宽;激励效果随来流速度增加而减弱,当来流速度20m/s时,翼型的失速迎角提高5°,最大升力系数提高8.1%;当来流速度为40m/s时,失速迎角提高3°,最大升力系数提高4.5%。     

间隙射流对端壁冷却和传热特性影响的研究

采用数值求解三维Reynolds-averaged Navier-Stokes(RANS)方程和k-ω湍流模型,研究了间隙射流对燃气轮机叶片端壁冷却和传热特性的影响。通过数值结果与实验数据的比较,验证了数值方法的正确性。在此基础上,研究了间隙射流质量流量比、间隙射流角度对端壁流动结构、气膜冷却性能以及传热特性的影响规律。结果表明,受到端壁二次流结构的限制,冷却气体主要集中在叶片前部吸力面侧。当间隙射流质量流量比小于1%时,会发生主流入侵现象,从而削弱前缘马蹄涡,并且会增加通道喉部区域的热负荷;随着质量流量比的增加,端壁气膜覆盖面积增大,而当射流质量流量比大于1%时,主流入侵现象消失,间隙射流将增强前缘马蹄涡,提高端壁前部的传热,并且减少端壁前部热负荷。随着间隙射流角度的增加,射流引起的分离涡增强,导致端壁前部的传热增强,而端壁气膜有效度降低,端壁热负荷增加。特别是在质量流量比为1.5%时,射流角度从30°增大到90°时,端壁平均气膜有效度减小53.4%。     

水下点火过程及其影响因素仿真

火箭发动机水下工作时的流场特性与空中完全不同且对水下工作环境非常敏感。为了研究水下点火流场的非定常演化过程及点火水深、航行速度、汽化反应的影响规律,利用VOF多相流模型及SST k-ω湍流模型模拟了不同环境下的水下点火过程。研究结果表明：发动机水下工作过程大致分为3个阶段——初期发展阶段、振荡发展阶段与推力稳定阶段,稳定阶段尾流场又可划分为射流区、过渡区和掺混区,各阶段的划分受水深、航速等变量的影响;振荡是水下发动机工作最主要的特征,喷管出口燃气射流流动状态决定了流场与推力的基本特征;航速主要影响燃气泡形态演化规律,表现为轴向长度、颈缩程度增大;受汽化效应影响,流场中出现水蒸气的聚集现象,但由于作用时间短、水汽化量小,对流场与推力的影响相对较小。     

推力矢量发动机燃气舵气动特性设计

结合工程实际,论述和分析了推力矢量发动机燃气舵气动特性的设计过程。以工程算法快速地确定燃气舵的气动外形,借助针对燃气流动的数值分析方法,给出了绕燃气舵流场的流动特性。通过分析舵片上的压力分布,获得控制系统所需的各力和力矩值,以舵面的升力和法向力随舵偏角的变化规律,以及舵间的相互干扰等作为分析依据,对燃气舵气动特性设计进行详细计算。数值计算结果与试验结果的误差能够满足工程设计的需要。该方法为今后燃气舵气动特性的进一步研究可提供必要的手段。     

旋射流气波制冷机实验研究及数值模拟

针对目前气波制冷机的接受管开口端存在较多熵增因素从而制约制冷效率进一步提高的缺点,借鉴了透平膨胀机制冷机理,将现有气体分配器改型,融入旋射流作功机理,加大出流偏角,使射向接受管气体射流反冲膨胀作功,减少熵增、降低入射气体的射流速度,从而有效改善接受管入口端射流气体的流动状况,达到降低工质速度、减小总焓及提高等熵效率的目的.利用Godunov格式建立了管内非定常流动与管壁传热数学模型,对接受管内激波的流动进行了数值模拟,计算结果与实验测量值趋势相同,可为气波制冷机的改造、设计及优化提供参考.     

超声速冲击射流的PIV实验研究

冲击射流广泛应用于短距、垂直起降飞行器(STOVL)等航空航天领域,然而却伴随着流场与噪声等诸多方面的问题,笔者采用PIV(粒子图像测速)技术对超声速冲击射流的流场结构和涡结构进行了深入研究.实验发现在不同的冲击工况下,冲击射流流场结构呈对称和螺旋结构,其瞬时流场的主涡结构也有类似特征,脉动流场在瞬时流场主涡结构的基础上会附加与主涡旋转方向相反的次涡结构,在对称和螺旋两种模态下,由于涡结构的影响,冲击射流的近壁速度存在较强的脉动.     

协同射流在垂直尾翼流动控制中的应用研究

飞机垂直尾翼的气动特性直接关系到垂直尾翼尺寸和质量,通过流动控制方法提高垂直尾翼的升力可以进一步减小垂直尾翼尺寸,对减小结构质量具有实际意义。采用计算流体力学方法,对垂直尾翼的协同射流主动流动控制进行数值模拟;研究射流动量系数对连续协同射流的影响规律,以及射流动量系数、堵塞比、喷口数量等参数对离散协同射流的影响规律。结果表明:对于连续型协同射流,随着射流动量系数的增大,增升减阻和抑制分离的效果越显著;对于离散型协同射流,随着堵塞比的增加,增升效果逐渐下降,但功耗也同时下降;随着喷口数量的增多,增升效果先增大后减小,综合气动效率有所提升。     

某种热气射流式飞机防冰腔试验

某型飞机发动机进气道前缘利用引自发动机的热气进行防冰,防冰腔采用冲击射流加双蒙皮通道的结构.为验证该结构防冰腔是否满足要求,利用试验室现有条件,搭建小型直流式冰风洞,选取局部典型全尺寸防冰腔试验件进行冰风洞试验,在不同外部气流条件下和不同内部热气参数条件下,对防冰腔外蒙皮表面的温度分布进行测量,并根据试验结果对防冰腔的...     

自由射流喷管技术的研究进展

随着现代飞行器动力性能的日益提高和工作范围的不断扩大,传统直接连接式畸变模拟试验局限性越来越大,先进航空动力研发的一些关键技术,如动态畸变响应的动力学问题、进气道-发动机流量协调与模态转换问题等,都离不开自由射流试验。早在20世纪中期就诞生的自由射流进气装置面临着诸多挑战,新一代高性能航空发动机进发匹配试验的迫切需求,也为其进一步发展提供了新的契机;同时,构型创新和虚实结合为自由射流进气装置及其试验带来了全新的、智能化的发展方向。为了使构型创新自由射流进气装置满足新一代高性能航空发动机进发匹配试验的需求,详细介绍了国内外进气装置的开发历程,从自由射流试验技术、气动设计、结构设计、以及姿态设计等4个方面,对典型构型的基本原理和气动性能进行了综合分析,阐述了进气装置的基本特征及其发展所面临的主要矛盾,针对动态姿态模拟和进发匹配特性自由射流试验研究的不足,指出了通过构型创新和综合集成的喷管关键技术研究发展趋势及获得的进展。结合近年来新一代航空发动机研制的新形势对自由射流试验的新需求,以及众多创新技术的应用,表明自由射流喷管将迎来工程应用领域的蓬勃发展,为相关技术研究与工程实践提供技术基础。