高负荷两级轴流压气机耦合型机匣处理的设计研究

为了提升高负荷两级轴流压气机的失速裕度,在分析传统缝式机匣处理无法扩稳的流动机理基础上,设计了一种耦合型机匣处理结构,采用三维数值模拟对该结构进行了优化设计。针对优化的耦合型机匣处理进行了非定常数值模拟,阐述了该机匣处理的扩稳机理以及机匣处理作用下压气机新的失速机制。研究表明,两级高负荷压气机的失速由第一级转子叶顶强激波诱发的附面层分离引起,缝式机匣处理无法有效消除该附面层分离引起的通道堵塞,因而无法提高该压气机的失速裕度。耦合型机匣处理结合了缝式机匣处理和自循环机匣处理各自的优势,将第一级转子叶顶的低能流体抽吸至进口导叶通道,极大改善了转子叶顶的流动状况,使压气机的稳定工作范围提高了49.3%,设计点效率提升了0.54%。在耦合型机匣处理的作用下,静子通道内集中脱落涡诱发的通道堵塞成为触发压气机失速的新因素。     

薄壁钛管剪应力本构参数识别方法

不同温度下的薄壁钛管剪应力本构参数识别,是研究薄壁钛管差温剪切弯曲过程管材塑性变形行为迫切需要解决的关键问题。提出了一种管材剪切测试的方法。将不同温度下薄壁钛管等温剪切测试、剪切测试过程模拟有限元模型、以及基于距离函数的响应面模型相结合,提出了薄壁钛管不同温度下剪应力本构参数逆向识别方法。采用该方法,识别了TA2薄壁钛管剪应力本构参数。同时建立了TA2薄壁钛管差温剪切弯曲过程模拟3维弹塑性热力耦合有限元模型。分别采用剪应力本构参数和单拉应力本构参数模拟弯管实验过程,评估了有限元模型的可靠性。结果表明：对于剪应力本构参数,温度越高,管材的K值和n值将减小,m值呈现波动的趋势。与单拉应力本构参数相比,剪应力本构参数对温度的变化更敏感,且剪应力本构参数值较小。与单拉应力本构参数相比,使用剪应力本构参数的有限元模型精度较高,模拟精度最大提高了60%。     

含碰摩故障的转子-盘片-机匣系统动力学特性分析

以转子-盘片-机匣耦合系统为研究对象,基于ANSYS有限元软件建立有限元模型,通过实验测试得到的固有频率验证了模型的有效性;采用点点接触来模拟叶片和机匣之间的碰摩故障,并通过测试的响应数据,进一步验证了所采用模型的正确性和可行性.最后,仿真分析了定转速情况下不同侵入量、定侵入量和定间隙下不同转速对系统动力学响应的影响.研究结果表明:叶尖碰摩主要激发高倍频成分,且在系统俯仰刚体模态频率附近会出现倍频幅值放大现象;定侵入量条件下,高转速碰摩情况时系统的频率成分减少,系统的法向碰摩力也随着转速的增大而变化;定间隙条件下,在高转速碰摩情况时倍频幅值会超过转频,在一次连续碰摩过程中会出现多次碰撞反弹现象.      

带三角形骨架加强结构机匣的刚度特性分析

对带三角形骨架加强结构的航空发动机机匣的主要结构参数进行分析,以机匣质量和刚度作为目标函数,建立了研究的变量和约束条件,并采用相似准则将其无量纲化。采用均匀试验设计方法生成样本建立试验组,并设立传统板壳机匣作为对比组,分别开展有限元数值试验。运用逐步回归法分析试验结果,形成了表征机匣刚度和质量的拟合公式,比较了该类机匣与传统板壳机匣的刚度特性,给出了各主要结构参数对机匣刚度的影响规律。     

反叶片角向缝机匣处理影响轴流压气机性能的机理

采用试验和非定常数值模拟方法研究了反叶片角向缝机匣处理对亚声速轴流压气机性能的影响.试验与数值计算结果均指出反叶片角向缝机匣处理后,转子在降低12%左右最大等熵效率的基础上获得30.1%左右的失速裕度改进量.详细的转子叶顶流场分析表明反叶片角向缝机匣处理改善了叶顶间隙泄漏流动,消除了实体壁机匣时叶顶通道低速泄漏流形成的堵塞,因此转子稳定性得以提高.同时转子叶片与处理缝的相对位置变化会影响处理缝的扩稳能力.处理缝中回流、处理缝形成的喷射流与叶顶通道主流的相互作用都造成较大的流动损失,进而使转子等熵效率降低.反叶片角向缝机匣处理前移约55%叶顶轴向弦长的数值研究结果表明,与反叶片角向缝机匣处理比较,反叶片角向缝机匣处理前移获得的失速裕度改进量降低约10.4%,但等熵效率的恶化程度降低近64%.      

基于共振分析的发动机附件传动系统危险齿轮的确定

为了确定某典型发动机附件机匣齿轮系统危险齿轮,对附件机匣各齿轮进行模态计算,通过行波共振分析获得共振Campbell图,初步得到危险齿轮编号.采用等效有限元法建立齿轮系统有限元模型,计算研究齿轮系统共振特性,确定工作转速内可被激起的危险共振模态,通过应变能法确定危险齿轮从而对单齿轮分析结果进行补充.结果表明:所提出的方法和技术能够有效确定复杂附件传动系统危险齿轮,从而大幅减少设计时间,并可为试验测量和故障分析提供参考.     

材料切除对机匣铣削动力学与稳定性的影响

在薄壁零件加工过程中,工件材料的连续切除会造成工艺系统动力学特性的不断变化,并对工艺系统的颤振稳定性产生显著影响。以航空发动机机匣为对象,研究了其铣削过程中工件材料切除以及切削位置变化对工件动力学特性与颤振稳定性的影响规律。首先,根据机匣的几何结构与铣削工艺特点,提出了按切削行及切削段进行材料切除过程细分的方法。其次,建立了工艺系统动力学特性演化的快速计算方法和颤振稳定性极限的频域预测方法,并在单个切削行内和不同切削行间分析了材料切除过程对工艺系统的影响。结果显示,在单个切削行内工艺系统的动力学特性会小幅度减小,稳定性极限图会向左下方小幅度偏移;在不同切削行间工艺系统的动力学特性变化幅度较大,稳定性极限图呈现出交错排列现象,难以针对整个铣削过程进行切削参数优选,因此提出了基于单行刀位轨迹的切削参数优选方法,保证了整个材料切除过程的稳定切削。最后,进行了机匣铣削与模态试验,验证了所提方法的正确性与有效性。     

单级跨声风扇处理机匣径向倾角变化对性能的影响

采用全三维定常数值方法研究轴向倾斜缝径向倾角变化对某单级跨声风扇性能及内部流场的影响,在该风扇上进行了两种常用不同倾角的数值研究。数值结果表明,两种不同倾角的机匣处理都提高了风扇的失速裕度,但也使得风扇的等熵效率减小。在相同机匣结构下,45。倾角比60。倾角的扩稳效果更好,效率损失也更小。另外,还详细分析了风扇内部流场...     

双倾斜壁缝式机匣处理对离心压气机性能的影响

采用数值仿真手段研究不同倾斜方向的双倾斜壁缝式机匣处理对离心压气机性能的影响.研究结果表明:合适的机匣处理缝倾角组合有助于合理组织导叶和动叶气流角匹配关系.通过详细分析离心压气机内部流场表明:双倾斜壁缝式机匣处理方案A通过对动叶叶尖泄漏流的抽吸和重新组织,对机匣处理缝后部的低能流体抽吸并吸除,经过背腔在机匣处理缝前部重新注入相邻的叶栅流道,从而在轴向和周向控制了叶尖泄漏流的发展,改善了下游的堵塞情形,大幅度提高了压气机的稳定工作裕度.      

声载荷作用下高温薄壁结构响应特性分析

先进的航空航天器表面结构暴露在严酷的工作载荷环境中,包括复杂的机械力载荷、压力载荷、声载荷和热载荷等,航空航天器表面结构可简化为薄壁结构,在复合载荷作用下结构以非线性方式响应,呈现出复杂的响应特性。首先以热弹性力学、板壳理论及结构稳定性原理为基础,建立热及噪声载荷联合作用下薄壁板运动模态方程,讨论了薄壁结构跳变响应的机理,进而运用等价线性化方法求解模态方程,在此基础上分析了热及噪声载荷对薄壁结构屈曲的影响,进而探讨了热及噪声载荷作用下薄壁结构的非线性响应统计特性。计算了四边简支高温钛合金薄板在声载荷下四个关键点处的均方应变,为进一步开展薄壁结构声疲劳寿命估算和强度设计奠定了基础。