离心叶轮背腔复杂流态及调控方法研究进展

因叶轮/扩压器转静间断,离心压气机级中必然存在引气腔并对级性能产生影响,中小型航空发动机/燃气轮机用半开式离心叶轮中背腔引气影响尤为突出。从简化及真实离心叶轮背腔流态研究、复杂流态调控方法、对级气动性能影响、叶轮/扩压器/背腔多维度耦合模拟方法等方面进行了综述,展示了背腔引气对风阻损失、轴向力平衡、油/气密封及冷却气输送等多方面重要影响,并对其可能的先进设计方法进行了分析与展望。     

马鞍形镜面前缘蒙皮拉伸成形

本文对波音镜面前缘蒙拉拉伸工艺进行了初步研究,探讨了波音镜面前缘皮拉伸工艺方法,成形特点。对零变形量的控制,热处理工序的安排,拉形模结构的确定,ＭＬ－２Ａ机床钳口的改造等方面进行了初步研究。通过波音转包生产,使公司具备加工前缘类镜面蒙皮的能力。     

一种多晶石墨的拉伸蠕变行为

对一种多晶石墨材料进行了拉伸蠕变试验后,用ＲＡＭＡＮＯＲＵ１０００拉曼光谱仪对蠕变前后的试样作了分析,并用扫描电镜观察了蠕变前后试样纵向剖面的孔隙变化。结果表明：在１７００℃,０．７ＭＰａ的应力作用下多晶石墨材料不发生明显蠕变。蠕变初期可用ε－ε０＝Ａｔｎ进行描述,在不同温度和应力下ｎ值从０．４８５～０．８之间变化。在同一应力条件下,随温度提高,ｎ值增大。激光拉曼光谱仪和扫描电镜分析表明,多晶石墨蠕变后石墨化程度增加、孔隙增多、变大。     

有理Bézier曲线的权因子计算

给出了有理Bézier曲线形状作定量修改时的权因子的计算公式,并且证明了权因子选取的唯一性。     

三维复杂区域对流换热问题的控制方程及计算

研究并发展了一套计算复杂区域对流换热问题的通用方法并开发了相应的可视化计算程序。针对所建立的一组以直角坐标速度分量表示的非正交曲线坐标系下的三维流动及传热控制方程,采用有限体积方法离散,SIMPLER算法求解,并利用网格界面速度插值方法解决采用非交错网格时出现的压力波动问题。本文利用所开发的程序计算了低散热发动机冷却通道自然对流换热问题。      

复合材料变截面压杆变形性能研究

为了对复合材料变截面压杆的变形性能进行理论预测,本文以航天器空间桁架结构中的复合材料变截面压杆作为研究对象,首先,基于经典层合板理论,将复合材料变截面杆的壁板等效为主方向与杆轴线方向一致的正交异性板,此时复合材料变截面杆可近似为正交异性杆;其次,基于弹性变形理论和小变形假设,推导了反映杆轴向变形能力的等效轴压刚度理论公式;最后,利用有限元对等效轴压刚度理论的准确性进行了验证。结果表明,不同中间半径和变截面段长度条件下,理论值和有限元值之间的偏差基本保持在3%以内;不同铺层角条件下,理论值和有限元值之间的偏差基本保持在2%以内。因此,本文的理论能够较准确地预测复合材料变截面压杆的变形。     

机身边界层控制研究

对带壁面抽吸的三维可压缩机身边界层控制进行了计算研究。采用了非正交曲线坐标系边界层方程,通过修改矢量流函数关系式,将壁面法向速度转变成为控制方程的一个可调参数,从而消除了边界条件与方程未知参量之间的非线性耦合;所发展的横向分段推进数值技术,可用于计算横流速度在横向多次反号的复杂边界层流动;设计不同的壁面抽吸系数分布,以研究边界层控制对多种边界层特性的影响。结果表明:壁面抽吸对边界层的控制效果是显著的,合理的抽吸分布能有效地减小机身阻力。     

参数曲线形状修改

提出一种新的、基于余弦伸缩函数、针对参数曲线的形状修改与变形方法。首先定义了特殊的伸缩函数 ,在此基础上构造了形状算子矩阵 ,其次将该矩阵与伸缩中心及主方向结合构造出两种变形矩阵 ,最后用变形矩阵去乘待变形曲线在局部坐标系下的位置向量 ,或用它乘以给定向量场再加待变形曲线在原坐标系下的位置向量从而产生变形效果。伸缩函数含有若干可变参数 ,每个参数可产生不同的形状修改效果 ,比如控制被修改部分与未修改部分间的连续阶 ,容易得到理想的变形效果。理论分析实例表明该方法在几何造型 ,计算机图形学等领域有潜在适用性。     

航空发动机燃油管路概率疲劳极限测试方法

确定管路结构的疲劳极限对避免航空发动机燃油管路系统疲劳失效具有重要意义。本文分别开展了空管和充压管路（13.5MPa）的旋转弯曲疲劳试验,采用两路应变方法监测偏心旋转过程中由惯性引起的动态应力,基于Gerber模型对内压导致的非对称循环载荷进行了应力修正,获得了两种工况下管路疲劳失效形式的差异。通过升降法数据配对,确定了空管和充压管路的疲劳极限和标准差。在升降法数据的基础上,补充若干高应力水平下的疲劳试验,采用幂函数模型拟合了管路的S-N曲线。最后,利用概率统计分析方法对试验数据进行处理,获得了不同置信度和存活率下的疲劳极限。研究结果可为航发燃油管路应力严苛值设计提供参考。     

基于刚度最优区间的机器人搅拌摩擦焊工件位置优化方法

航空航天领域存在许多曲面工件需进行搅拌摩擦焊,工业机器人为三维空间曲线的搅拌摩擦焊接提供了一种相当有吸引力的选择,但是搅拌摩擦焊接过程中巨大的轴向力对工业机器人的搅拌头轴向刚度提出极高的要求。为了提高机器人在搅拌摩擦焊接过程中搅拌头轴向刚度,提出一种基于刚度最优区间的工件位置优化方法。首先,构建混联机器人的并联/串联机构刚度数据库,以减少刚度计算时间;其次,基于机器人搅拌头轴向刚度提出刚度最优区间的概念,作为优化指标;然后,在考虑无奇异、关节限位、关节连续性和工作空间约束的情况下,进行基于刚度最优区间的工件位置优化算法研究;最后,仿真和试验验证表明,该方法能够通过优化工件位置使机器人始终保持在搅拌头轴向刚度较优的位姿下进行焊接,显著提升了机器人在焊接过程中的焊接刚度。