航空发动机转子轴向力动态特征测试技术

以航空发动机止推轴承轴向力为研究对象,基于应力环法的测量原理,发展出一种新的适用于转子轴向力动态特征测试技术。基于固支梁模型设计了扇形支点的应力环传感器,通过理论分析和有限元仿真验证结构设计的合理性,并对应力环传感器测量的灵敏度和静态特性指标进行量化表征。某型航空发动机整机轴向力试车结果表明:转子轴向力中存在不可忽略的动态交变载荷,其峰值与轴向力稳态值的比值为6%~29%。频域分析发现,引起轴向力动态交变载荷的频率成分包括转速基频、转速2倍频及34、68 Hz。相位分析表明,34 Hz与68 Hz引起的动态交变载荷使应力环传感器周向测点的时域波形发生相位同步变化,符合轴向的振动特征;转速基频与2倍频引起的动态交变载荷则沿应力环传感器周向进动变化,符合转子不平衡特征。      

航空发动机异型推力轴承轴向力测试方法

某型航空发动机推力轴承外环与鼠笼弹支集成一体式,为满足该轴承轴向力测试要求,提出了一种新型轴向力测试改装设计和双向轴向力测试方法,给出了轴向力测试改装原则、等弯矩测力环结构设计方法及力学模型、强度计算对比分析、贴片引线设计、测试结果分析,并与现场测试结果进行了对比。理论计算与现场标定试验结果误差小于5%;现场试车中,双向测力环同步准确判断出轴向力换向转捩点,由此验证提出的轴向力测试方法具有很高的工程应用价值。     

横向气流对空心锥形喷雾液滴群的夹带特性

空心锥形喷雾与横向气流的掺混是强化气液掺混的一种重要方式,目前对这一过程尚缺乏深入研究。为了研究横向气流对空心锥形喷雾射流液滴群的夹带特性,采用PIV可视化技术对掺混流场进行测量。结果表明:空心锥形喷雾与横流的相互作用在气流流向方向上诱导出现明显的剪切层及不稳定涡结构,对雾化液滴的扩散产生重要影响并引起液滴在剪切层区域的富集。在分析横流雷诺数、喷雾液滴雷诺数与液滴数流率对掺混流场剪切层结构影响规律的基础上,基于量纲分析和回归分析方法,建立了空心锥形喷雾与横向气流掺混流场中剪切层轨迹线的无量纲预测关联式。     

半球陀螺谐振子环向振型进动特性研究

基于半球谐振子的实际加工结构特征,为降低维持半球谐振陀螺振动所需的能量损耗,建立半球谐振陀螺能量型谐振子数学模型,并研究半球谐振子绕中心轴旋转时环向振型的变化规律;通过分析半球谐振子顶端角、底端角和壁厚的非理想性对进动因子的影响,确定半球壳体旋转时应选取的最佳振型与进动因子。采用ANSYS软件构建一系列模型,验证有关理论研究结果。通过计算仿真分析可知,半球谐振子进动因子对顶端角变化的敏感性远大于对底端角变化的敏感性,且顶端角变化引起的角速度误差远大于相同底端角变化引起的角速度误差,为半球谐振陀螺的谐振子加工研制提供了理论依据。     

一种压气机叶型的可控环量尾缘造型方法

为了提高压气机叶型负荷,提出了一种可控环量尾缘造型方法,该方法对叶型尾缘处弦长2%的区域进行特殊造型,通过改变流动后驻点位置从而提高叶型环量,增加叶型气流转角。在不同马赫数及雷诺数下进行数值模拟得到了一致的结论。数值模拟结果显示:以设计进气角D因子为0.52的叶型为基准叶型,采用可控环量尾缘造型后叶型气流转角可提高21%,同时总压损失基本无变化,部分叶型甚至在气流转角提高的同时总压损失有所降低。而当气流折转角相同时,可控环量尾缘可以比传统尾缘的总压损失更小。      

一种可任意给定环量分布的螺旋桨设计方法

提出了一种螺旋桨快速设计方法,该方法可以根据任意给定的环量分布及工况快速设计出高效率螺旋桨的几何外形（桨叶弦长、扭转角分布）。为对比有叶素阻力与无叶素阻力的最佳环量分布形式,首先对计入和不计叶素阻力下的最佳环量分布表达式进行了推导,分析了各参数对最佳环量分布形状的影响。然后基于片条理论进行了逆向推导,建立了以环量分布为输入的螺旋桨快速设计方法,并分析了螺旋桨理想效率的影响因素,发现理想效率的水平与来流动压、桨盘载荷有关。最后进行了螺旋桨设计实践,对比分析了不同环量分布下螺旋桨性能的差异。结果表明,所提出的设计方法能够根据给定环量分布进行精确设计,相对误差不超过7%,设计性能与参考文献中设计结果的差别不超过2%。      

基于蒙特卡罗法的飞机结冰后动力学特性分析

综合考虑随机性和不确定性构建了蒙特卡罗飞行仿真实验系统,探讨了蒙特卡罗飞行仿真实验的具体步骤;建立了结冰条件下基于四元数法的飞机本体六自由度运动方程;研究了结冰后人-机-环系统的动态响应,对直观反映结冰后运动状态的飞行参数进行了分析;基于相对速度和迎角超限构建了飞行风险发生的判定条件;量化研究了一维飞参极值样本的统计分布特性,结果表明二组极值样本的峰度系数均大于3,说明二组极值样本均有比正态分布更长的尾部,验证了相对速度极值和迎角极值均具有厚尾分布的特征。     

面向复材构件的临时紧固件安装工艺测试与验证装置设计

临时紧固件过大的夹紧力会给复材孔周带来损伤,严重影响结构的静态承载及动态疲劳性能,航空复材装配现场需要对临时紧固件的安装夹紧力进行控制。因此针对临时紧固件气动安装工具输出扭矩的波动性特点,设计了一种面向复材构件的临时紧固件安装工艺测试与验证装置,以探讨其安装工艺与夹紧力之间的关系。通过电气比例阀控制气动安装工具的输入气压,通过扭矩传感器和夹紧力传感器监测临时紧固件安装过程中的扭矩和夹紧力。对所搭建的装置进行了测量系统分析,利用皮尔逊相关系数公式验证了其重复性,并用Bessel公式计算了其不确定度。结果表明,所设计的装置可以用于复材构件临时紧固件的安装工艺测试与验证。这将为航空复材装配现场的临时紧固工艺的制定提供方法和依据。     

基于大涡模拟的热喷流地面效应气动特性研究

低标高有限空间喷流的发展过程及掺混过程,是揭示热喷流流动特性的迫切问题。采用大涡模拟计算研究地面热喷流气动特性,建立不同离地高度的超声速喷管模型,对总温为870 K、马赫数为1.526的热喷流状态开展数值模拟,分析有限空间喷流的发展过程。首先评估了喷流模型温度分布和速度分布,随后在此基础上,对比了2种模型涡核发展过程,并通过试验予以了验证。研究表明：有限空间与自由空间喷流场涡核发展过程大致相同。有限空间喷流在核心区长度10D_j (Dj为喷管出口直径)位置时,地面开始对喷流产生影响,导致地面温度升高;在核心区长度10D_j位置以后,由于地面对喷流的影响,使得喷流与空气的掺混加剧,喷流在地面的作用下诱导出二次涡流,涡核分布更加集中,且其中以大尺度发卡涡为主。研究结果为相关工作提供了参考。     

高速轴承环下润滑收油叶片结构参数与工况参数间的匹配关系

为了研究环下润滑收油叶片结构参数和工况参数间的匹配关系,通过理论分析和数值模拟方法研究了收油叶片半径差、滑油喷嘴喷射角度、收油环转速和滑油流速对滑油损失角和收油效率的影响。研究结果表明：调整滑油喷射角度和收油叶片半径差可改变滑油射流冲击收油叶片外轮廓的冲击点位置,前者的影响较小,后者在低滑油流速下可以降低滑油射流的冲击飞溅量;在考虑风阻影响的情况下得到的滑油损失角小于对应的理论分析结果;11 000 r/min转速下,增加收油叶片半径差后收油效率可提高超过3.0%,在一定转速范围内调整收油叶片的半径差可降低滑油的冲击飞溅量、提高收油效率。