变循环发动机建模方法研究及验证

研究了变循环发动机(VCE)关键部件建模技术.采用叶尖叶根分段建模技术建立了两段风扇的数学模型,使之更适用于VCE.基于流场分析,建立了活门开度、外涵道进口总压、动压与外涵道总压恢复系数之间的智能映射,完善了外涵道模型.建立了VCE部件共同工作方程,获得了VCE部件级数学模型.基于欧洲空间与推进系统仿真数据库进行设计点计算,并开展了仿真验证.仿真结果表明:建立的数学模型表现出的工作性能与实际发动机实验结果一致,在低马赫数下双外涵道模式推力更大、耗油率更低;相反在高马赫数下单外涵道模式推力及耗油率优于双外涵模式,验证了所采用建模方法的有效性.      

变循环发动机过渡态性能直接模拟方法

为了实现多变量可调的变循环发动机（VCE）过渡态性能模拟和控制规律设计,在稳态逆算法和过渡态性能隐式格式计算方法的基础上开发了变循环发动机过渡态直接模拟方法。在稳态逆算法模型中加入容积效应和转子动力学方程,实现了同时给定加速率、涡轮前温度和压缩部件工作点的条件下直接模拟计算过渡态过程中变几何参数和燃油流量的调节规律,验证了方法的精度和可行性,并将该方法用于变循环发动机转模态性能模拟和控制规律设计。计算结果表明,过渡态直接模拟方法的误差在0.58%以内,超声速巡航状态下由单外涵模态转换到双外涵模态的时间约为1 s,海平面静止状态下双外涵转单外涵的时间约为3 s,且推力、转速、涡轮前温度、喘振裕度等参数过渡平稳。该方法可简化转模态控制规律设计流程,并提高设计精度。     

基于气化煤油喷注的RBCC燃烧室亚燃模态燃烧组织研究

针对RBCC发动机亚燃模态进行主动冷却的情况下,煤油发生气化后喷入燃烧室的燃烧组织开展研究。在亚燃模态低来流总温条件下,使用小流量富燃一次火箭高温射流作为引导火焰可以实现支板喷注二次燃料的可靠点火和稳定燃烧,当煤油喷注前加热到气化/超临界态时,燃烧室最高压力相比于室温液态煤油提高约10%左右。当关闭一次火箭后,利用凹腔成功实现火焰稳定,而使用室温液态煤油喷注时,凹腔内无法实现火焰稳定。通过数值模拟获得了不同喷注方案的燃烧室燃烧流场特征和燃烧组织过程,为进一步优化燃烧室的性能提供依据。结果分析表明通过合理布置燃料支板喷注位置,由燃料支板下游集中的燃料热释放使得气流在扩张燃烧室构型中实现"热力壅塞",通过燃料分配实现燃烧室内合理的燃烧释热分布,使RBCC发动机亚燃模态完成高效燃烧组织。     

基于核心机的GTF发动机方案研究

齿轮传动风扇(GTF)发动机具有部件效率高、噪声低、级数少和质量轻的特点,是未来大型民用发动机的主要发展方向之一。为加快后续发动机的发展,在现有核心机的基础上,通过发动机典型气动循环参数的匹配分析,完成GTF发动机总体性能设计方案。分析了涵道比、风扇外涵压比、低压压气机压比、传动比等参数对GTF发动机性能的影响,初步确定参数选取范围。通过对比相同涵道比的GTF发动机与常规结构发动机,其推力和耗油率等性能指标基本接近,但GTF发动机具有低压部件级数显著减少的优点;总结了GTF发动机特有的关键技术。     

多轴随机载荷下的疲劳寿命估算方法

提出了一种多轴随机载荷下的疲劳寿命预测方法.通过雨流计数法对各平面上的剪应变进行循环计数,以统计出的剪应变循环作为多轴疲劳损伤的主要控制参数,将各剪应变循环历程内对应的最大正应力和正应变变程作为多轴疲劳损伤的第二控制参数.根据多轴疲劳寿命模型计算出各平面上的损伤,以最大损伤平面作为多轴随机疲劳的临界平面,通过该临界平面上的损伤计算出多轴随机载荷下的疲劳寿命.采用SNCM630钢,304不锈钢和S45C钢3种金属材料的多轴随机疲劳试验数据对提出的寿命预测方法进行评估和验证.结果表明:疲劳寿命预测结果大都分布在试验结果的2倍分散带之内.     

机载托架自动校准系统的设计与实现

为了解决机载托架传统校准方法精度低、耗时、费力等问题,设计了一种高精度、高效率并且操作简单的成品托架自动校准系统。该系统运用调平精度较高的循环多次最高点不动调平方法,建立高精度机载托架校准的静力学数学模型,运用VC与Matlab的COM接口编程技术开发机载托架自动校准系统,并建立良好的人机交互界面。试验结果表明,利用该方法对机载托架进行校准,无论是校准精度还是校准效率都较传统方法有很大提高。     

考虑轴向变形的锥形轮盘低循环疲劳试验研究

某型发动机高压压气机Ⅰ级盘采用锥形结构,在装配预紧力和离心载荷的作用下产生轴向变形。为了考核该轮盘的低 循环疲劳寿命,在传统轮盘低循环疲劳试验技术的基础上,提出了1 种考虑轴向变形条件的锥形轮盘低循环疲劳寿命试验方法。 针对轮盘结构与装配要求,计算分析工作状态下的轴向变形,优化设计了能够有效考核轮盘关键部位寿命的试验件、陪试件及试验 工装,对比试验件在整机与试验器状态的应力水平,并在卧式旋转试验器上完成了试验件的低循环疲劳试验。试验结果表明：采用 该方法可对高压Ⅰ级盘安全循环寿命进行有效考核。     

一类单通道信号的时频分析

根据循环平稳信号分析理论，对一类单通道信号进行了时频分析，并在此基础上提出了利用该信号在不同时段功率差值提取目标位置的方法，其最大优点在于可以固定中频带宽，从而省去滤波器组，同时具有精度高、抗噪声性能强的特点。仿真结果表明，采用功率检波法得到的结果与理论值是吻合的。     

使用甲醇燃料的低成本液体火箭推进技术

结焦是当前烃冷却火箭发动机存在的主要问题,这就可能限制了它的工作范围和性能。甲醇(CH_3OH)能够吸热分解,在催化剂作用下变成一氧化碳和氢,并在催化过程中吸收大量的热量。在温度变化一定的情况下,甲醇吸收的焓值比氢要多,因此甲醇是一种很好的冷却剂。此外,由于甲醇密度比氢大,用来作为驱动涡轮的气体焓值高,因而在只要求用少量的氢作为驱动能源时,甲醇就有可能用于高压、低成本膨胀循环发动机。从地面的操作过程和排气产物上看,这种火箭发动机还具有环境清洁及安全的其它优点。甲醇燃料火箭发动机能够使用烃类燃料发动机的试验设备。另外,要求研制成本低、性能适中的甲醇燃料火箭发动机与烃类燃料发动机一样,技术并不难。采用这种推进技术对于未来运载器的寿命循环成本、可靠性和安全性有较大改进。开拓者宇航公司(pioneer astronautics)近来出资进行了预先推进系统研究,以检验未来探空火箭、上面级、常规运载火箭可能使用的挤压式循环、膨胀循环和发生器循环液氧/甲醇火箭发动机。作为这项研究的一部分,开拓者宇航公司凭借丰富的经验,为现有的先进火箭研制甲醇燃料发动机,以评价这些发动机系统方案的可行性。本文讨论这种发动机的优点以及研究成果。     

在加速可靠性试验中进行的HALT和HASS结果综述

由于加速可靠性试验要使用户很快确定产品的可靠性，故它已成为试验工业中增长最快的一环。高加速寿命试验HALT和高加速筛选试验（HASS）是非常有效的加速可靠性技术，它已在世界范围内广泛应用于不同工业。其中HALT是在型号的设计阶段使用的。它可快速暴露设计缺陷以便重新设计，消除那些缺陷，从而扩大了设计裕度。所有这些都可以在最经济的条件下达到。HASS是在型号的生产阶段使用的。它可快速暴露任何工艺缺陷。在HALT和HASS中使用的两种主要应力都是快速温度循环和6自由度随机振动。