叶尖间隙控制系统悬浮管换热单元数值研究

为了改善机匣内横流影响,提高冷气的热沉利用效果,设计了一种叶尖间隙控制系统新型悬浮管式冷却结构,并抽象出典型换热单元开展数值模拟研究。重点关注了悬浮管上冷却孔冲击雷诺数、冲击孔间距、冷却空气出流方式等对该冷却结构流动换热特性的影响。研究中发现:悬浮管相邻冲击射流之间会相互影响并形成"喷泉流"现象;随着悬浮管冷却孔冲击雷诺数减小、冲击孔间距增大,冲击靶面换热效果降低,"喷泉流"现象不再明显。同时由于悬浮管本体及盖板的空间限制作用,冲击腔中会形成沿周向、轴向的横流。研究结果表明,当机匣侧方位冷气出流时,机匣表面沿轴向的横流最为明显。相较于机匣侧面出流,盖板垂直出流以及盖板垂直/机匣侧面同时出流时,两高肋之间区域的换热得到明显加强。其中垂直出流时增幅最大,可达20%。     

凸包(Bump)进气道/DSI模型设计及气动特性研究

利用基于乘波理论的Bum p进气道设计软件,据锥型流精确流线法设计了一腹部进气布局的Bum p进气道。用CFD模拟手段,从对称面马赫数分布、凸包上的极限流线及横截面上压强系数分布等方面分析了进气道进口段流场特征,证明所设计的Bum p进气道流动特征符合预期设计目标。通过CFD计算和试验对比,分析了所设计的Bum p进气道超声速气动性能,表明在发动机设计状态,在来流马赫数M a∞为2.0时,出口平均总压恢复系数接近0.87,而在M a∞=1.8时该值不低于0.91。      

带60°肋和气膜孔矩形通道换热研究

采用非结构化网格和realizable k-ε紊流模型,求解三维N-S方程,对带60°肋和气膜孔矩形通道在入口雷诺数9×104,气膜孔总出流比为0.22时进行了换热特性的数值模拟.带气膜孔的壁面换热特性和实验数据吻合的很好,在此基础上,分析了其它各个壁面的换热特性.结果表明,带肋和气膜孔的通道流场非常复杂,扰流肋的存在使各壁面的换热都得到了增强,但增强幅度的差别较大.换热最强的区域并不是带肋的上下壁面,而是光滑的右侧壁面.     

涡轮叶片二维冷却结构参数化设计技术研究

研究了涡轮叶片二维冷却结构的参数化设计技术。采用参数控制点方法实现冷却叶片壁面的变厚度设计,采用隔肋数量、位置参数、偏转角度实现任意数量和形式的冷却腔造型,根据前缘缩进参数确定冷却通道前缘切线弧位置,通过尾缘切割参数实现半劈缝和全劈缝尾缘结构设计。结合叶片外形造型技术开发了造型设计程序,该程序可建立包含任意形式冷却通道和常用尾缘结构的变壁厚二维冷却叶片模型。     

均匀金属微滴打印大高径比金属针肋及其形貌预测

散热器是航天器热控系统的核心部件,采用金属微针肋阵列结构的散热器具有优良性能,能够极大提升散热效率。但微小金属针肋结构有大长径比、弱刚度的特点,切削或铸造等传统成形方法存在切削受力变形、难以填充型腔或脱模等不利因素,使得微针肋阵列高径比受到制约。本文提出均匀金属微滴3D打印直接成形大高径比金属微针肋方法,研究了基板温度、液滴沉积温度与液滴最终形貌的关系,建立了沉积液滴形貌以及微针肋轮廓预测模型,实现了针肋形貌的预测。在相应参数下以锡铅合金为材料进行了微滴打印试验,打印出直径为394μm、高径比超过100的金属微针肋,为将来航天器用高效微针肋散热器的3D打印新途径奠定了基础。     

金属机身飞机框间距及截面参数分析

目前,大部分设计参考书目中对于机身隔框间距都是以经验值20 in作为说明,对于框距值的确定原因以及影响因素未作详细的分析。通过以隔框间距参数为设计变量,以机身强度和机身局部稳定性为设计约束,并以机身重量为目标函数对隔框间距值的确定进行研究,给出一种隔框框距值的确定方法,并通过实例计算验证150座级飞机框间距20 in的经验值;同时利用有限元分析(FEA)和试验设计(DOE)方法对飞机普通隔框的截面形式进行结构参数分析,分析隔框各个设计参数对蒙皮应力水平的影响大小,给出150座级飞机隔框截面参数可行域。结果表明:本文分析计算值与一般150座级飞机的隔框间距设计经验值20 in (508 mm)相比,结果吻合很好;采用有限元分析,腹板高度设计为80～95 mm,内缘条宽度和外缘宽度条设计为15 mm;采用DOE分析,隔框外缘条宽度应大于内缘条宽度。     

带肋壁与出流孔内流通道中肋角度对流量系数的影响

在根据相似理论放大的模型上,测量了带肋壁与出流孔内流通道中沿主流流向分布的各出流孔的流量系数C_d。实验在内流通道进口雷诺数为40000～80000,通道总出流比为0.30～0.60的范围内进行,重点分析了肋角度、内流通道进口雷诺数Re和通道总出流比SR对C_d的影响规律。结果显示:在本实验的工况范围内,沿内流通道布置的各出流孔C_d的变化幅度不大,在中后部略有上升;在相同流动状况下,C_d随肋角度的增大而增大,在120°时达到最大值;通道进口雷诺数和通道总出流比对C_d的影响都不显著。      

电磁纯铁与不锈钢摩擦焊接工艺的研究

研究了电磁纯铁+不锈钢异种金属摩擦焊接头的成分、组织和性能以及对焊件轴向尺寸控制技术。 结果表明,摩擦焊接头具有良好的组织和性能;隔磁体轴向尺寸偏差可以控制在±0.25mm。     

带交叉肋变截面回转通道内换热的实验研究

以航空发动机涡轮叶片内部回转通道为设计原型,实验研究了三种不同入口宽高比的带60°交叉肋变截面180°回转通道壁面的换热特性。分析了几何无因次参数和气流雷诺数对通道带肋表面换热的影响。结果表明:通道壁面的换热效果是随着进口雷诺数的增大而增加的,其分布趋势基本一致;对于不同宽高比的通道,低雷诺数时通道平均换热效果是基本相同的,在高雷诺数时宽高比小的通道要好于宽高比大的通道,而换热系数在整体通道上的分布情况基本相同。      

交错肋通道换热和流阻特性的研究

针对布有交错肋的涡轮叶片尾缘内冷通道进行了换热以及流阻的实验研究.实验结果表明, 变截面带肋通道的换热效果和流阻都高于等截面带肋通道.等截面通道和变截面通道相对于光通道而言Nu数分别提升了4-6倍和7倍, 但其流阻系数相应的也分别提高了400倍和600倍左右.变截面带肋通道的综合换热效果同样优于等截面通道.