考虑发动机性能退化的涡轮叶尖间隙预估方法研究

针对有主动间隙控制的某型高压涡轮,建立了考虑发动机退化的叶尖间隙预估模型,重点研究了发动机在长期使用、性能退化过程中涡轮前燃气温度和蠕变变形对叶尖间隙的影响。研究中,首先分析了间隙预测中发动机性能退化影响的引入方式,建立了对应的间隙预估流程。随后以某型发动机典型工作历程为对象,对比研究了传统间隙控制方案、考虑发动机性能退化影响两种条件下的涡轮叶尖间隙尺度变化规律,并据此开展了间隙控制策略的优化调整。研究中发现,由于发动机性能的退化,导致涡轮前燃气温度升高,使得机匣、轮盘和叶片的热变形量增大,其中在最大巡航阶段对机匣的影响最大,其伸长量达到了6.914mm,与未退化前相比增大了17%,同时由于发动机的长期使用,叶片和轮盘受蠕变变形影响,导致叶尖间隙的变化。研究结果表明,采用优化后的主动间隙控制方案,各个工况下的叶尖间隙值均控制在合理范围内,尤其在高温起飞阶段,与退化状态下的间隙值相比提高了53%,有效避免了叶片严重碰摩等故障发生。     

基于卡尔曼滤波器的容错控制和硬件在环验证

为了有效地开展微型燃气轮机传感器的故障诊断和容错控制,在采用基于模型的设计方法建立微型燃气轮机部件级模 型的基础上,使用了一种基于扩展卡尔曼滤波器的故障诊断和容错控制方法,能够有效地诊断出传感器故障,并重构正确信号继 续进行闭环控制。使用MATLAB/Simulink的自动代码生成技术,将微型燃气轮机模型及故障诊断和容错控制方法在全数字仿真 平台和硬件在环仿真平台进行集成和验证,结果表明：基于模型的设计方法的数字仿真结果与硬件在环仿真结果具有很高的一致性。     

MVG控制斜激波/湍流边界层干涉的大涡模拟

采用浸没边界法(IBM)对带有微型涡发生器(MVG)控制器的激波/湍流边界层干涉流动进行了大涡模拟(LES)。以来流马赫数为2.3的斜激波(由平板上方8°楔产生)为基本流动入射平板湍流边界层,通过在干涉区前布置MVG阵列来控制激波诱导的边界层分离。采用浸没边界法处理MVG的复杂几何,分析了MVG尾迹区平均流速度剖面,雷诺应力,瞬态旋涡结构。结果表明:时均流场显示MVG尾迹区存在一对对转的主流向涡,流向涡加剧了边界内的动量交换从而增加了边界层抗分离能力,而瞬态流场则反映出MVG尾迹区的剪切层由于Kelvin-Helmholtz(K-H)不稳定性会卷起为一列展向旋涡。     

某涡扇发动机高压涡轮盘螺栓孔低循环疲劳模拟件设计

以拉伸应变能寿命预测模型为理论基础,提出了低循环疲劳模拟试验件(简称模拟件)设计的基本准则。针对某涡扇发动机高压涡轮盘螺栓孔部位进行了模拟件优化设计,设计时综合考虑了试验器能力、螺纹连接强度和所需毛坯盘数量等限制因素。优化目标为模拟件与螺栓孔虚拟裂纹0.8mm内第一主应力和第一主应变分布一致,以及最大应力点第二主应力与第一主应力比值一致。对设计结果进行了弹塑性校核。采用该模拟件构型进行了试验研究,由模拟件试验数据得到的安全寿命和轮盘试验给出的安全寿命的差距为4.48%。      

燃油计量型孔几何正反设计方法研究

针对燃油计量活门特殊型孔的几何型面问题,提出了1种分段分析的设计方法。在已知燃油流量和计量活门位移函数关系的条件下,根据随动活塞和燃油流量的函数关系,利用分段型面设计法进行正向设计,在已知计量活门几何型面的条件下,确定开度与随动活塞位移之间的函数关系,进行反向设计用于计算仿真。结果表明,在计量活门工作范围内,正向设计计算结果与实际数据的最大相对误差小于0.5%,证明正向设计方法具有很高的准确性;通过1组实例对正反向设计进行了相互验证,证明反向设计方法具有工程实用性。     

微型涡喷发动机喷油环优化设计

喷油环是微型涡喷发动机的重要组成部分,其喷油量的均匀性决定了燃烧室温度场的均匀性。针对微型涡喷发动机喷油环喷油量不均匀问题,采用不等径喷油针结构方案来补偿压力损失影响;运用CFX软件数值模拟实验时喷油环内部的三维流场,并计算喷油环环体上各喷油针的出口流量值、出口速度以及喷油环整个内部流场的压力变化情况,最后与实验结果对比。结果表明:不等径喷油针结构方案可以较好的改善喷油环喷油量不均匀问题,可为研究喷油环内部流场奠定基础。     

基于霍尔元件的永磁同步电机转子位置辨析

提出了一种改进的基于霍尔元件的永磁同步电机转子位置估计方法。利用牛顿插值法对霍尔元件提供的离散位置点进行曲线拟合,对位置信息进行预测、插值,从而估算出电机转子的实时位置信息。改进后的方法可以消除转子位置估算的阶跃现象,提供稳定可靠的转子位置信息,提高了闭环系统的稳定性。在Plecs仿真平台中对该算法进行了仿真验证,与传统转子位置估算方法进行了对比,仿真结果验证了该方法的有效性。     

基于满意PID控制的MCMS10试验机电控系统研究

为揭示高压轴向柱塞泵滑靴副摩擦磨损性能,需提供1台高精度、高性能以及主轴转速恒定可靠的滑靴副摩擦磨损试验机。但在测试滑靴副时,试验机主轴的速度调控和位移的精确控制非常难以把握。当试验机主轴转速在3 000 r/min的基础上升高时,试验机油温急剧升高,会对滑靴副性能测试的精度产生极大的影响。针对MCMS10试验机的电控系统,设计出硬件图,采用满意PID算法控制其主轴转速和位移两个参数。最后通过组态软件设计实时监控画面并开展试验分析。结果表明:将满意PID算法运用到MCMS10试验机电控系统中,不但精度非常高,而且在主轴转速约为3 200 r/min时,油温始终保持在65 ℃左右。     

民用飞机液压系统建模与负载流量需求计算的研究

飞机液压系统的一个重要设计指标是能够满足全飞行剖面场景下的负载流量需求。介绍了一种用于飞机液压系统负载流量需求分析的数字仿真分析方法,通过开发数学模型构建了液压能源子系统和液压用户的负载子系统模型,进而仿真分析典型飞行剖面下液压系统的负载流量需求,模拟了飞机液压系统的动态工作过程,能够反映飞机液压系统与液压用户负载之间的耦合动态特性。仿真结果表明,这套模型满足液压系统分析需求,可用于液压系统的设计支持工作。     

燃气-液压混合驱动大惯量起竖系统内弹道建模与参数优化

针对传统起竖方式起竖缓慢、起竖动力源功率密度小等问题,基于燃气与液压混合驱动的起竖方案,设计了一种变截面的固体药柱。基于经典零维内弹道方程,考虑燃气气-粒两相流影响及点火药、固体装药两种燃气的共同作用,结合起竖机构的运动规律,以大惯量起竖装置为研究对象,建立了起竖系统的一体化动力学模型。参照目标起竖角度曲线,采用遗传算法对药柱结构参数进行匹配,并对燃气驱动方案进行优化,最终确定了前端直径0.1m,后端直径0.04m的变截面药柱及药柱燃烧1.5s,燃气驱动4.62s的起竖方案。正向内弹道计算结果表明,基于精细化模型的内弹道优化,可使系统在较短时间内(4.62s)以较小的过载(小于0.35g)起竖至目标角度(1.28rad)。