基于能量耗散率的低速扩压叶栅损失研究

针对无化学反应和热流输入的叶栅有黏不可压流模型,推导出能量耗散率的组分分解式,根据叶栅流场仿真结果进行分析简化,得到由轴向涡量、轴向阻力和剪切力组成的能量耗散率分解式。结合总压损失,分析了耗散各组分在前缘损失、叶表损失和通道损失中的主导因素:轴向涡量项反映旋涡结构,在通道损失中占主要部分,集中在通道涡和分离面附近;轴向阻力项反映扩压和叶表边界层转折造成的流动损失,在前缘损失和叶表损失中占主要部分,集中在叶栅前部的叶表边界层和主流区;剪切力项反映轴向截面速度不均匀性,在叶栅后部的叶表损失和通道损失中占主要部分,集中在叶表、端壁边界层和分离面附近。旋涡结构和耗散各组分分布特征揭示了叶栅通道中旋涡结构与能量耗散之间的分布关系,分离区并不是主要能量耗散区,高能量耗散区主要分布在叶表边界层(叶栅前部由轴向阻力项主导,后部由剪切力项中的υ(∂V_x/∂y)²项主导)、分离面附近(受剪切力项中的υ(∂V_x/∂y)²项和轴向涡量项影响)。大攻角情况下,叶栅通道损失显著增加,正攻角促使轴向涡量项的增长点提前,负攻角则使得叶表边界层的速度剪切加剧。     

含裂纹叶片的轴流式压气机整体叶盘振动特性分析

某型轴流式压气机性能试验过程中出现转子叶片裂纹故障.结合该型压气机结构特点,分析了振动响应的时域信号、频域信号以及高频成分出现的频率波动现象,总结了含裂纹叶片的轴流式压气机整体叶盘振动特性.分析结果显示:含裂纹叶片的整体叶盘使得轴流压气机振动响应呈现非线性特性;振动频谱中出现共振峰分离现象,表明叶片裂纹引起轴流压气机1级转子叶盘出现结构失谐;随转速升高,两个共振峰对应频率均出现波动现象(波动周期分别约为8s和9.2s),叶片裂纹不断扩展且数量增加,整体叶盘失谐程度不断加深,整体叶盘系统出现低阶模态局部化现象.      

高亚声速轴流压气机的优化叶型

基于计算流体动力学和数值优化算法,研究了一种压气机叶型优化设计方法.以入口马赫数为0.7的高亚声速轴流压气机叶型为研究对象,采用拉丁超立方实验法选取优化变量并构建了考虑攻角特性的目标函数,通过引入Gamma-Theta转捩模型,考虑了附面层转捩的影响,最终获得了可以有效改善攻角特性和降低总压损失的高亚声速轴流压气机优化叶型.计算结果表明:优化叶型可以显著降低入口马赫数为0.2~0.8时+4°和-4°攻角的总压损失,使设计工况(入口马赫数为0.7)下的低损失攻角增加4°以上,优化叶型最佳稠度降低20%并改善低雷诺数时叶栅的流动特性.      

压气机静子非轴对称端壁优化设计及实验

为了探索多级压气机环境下非轴对称端壁优化设计方法,通过数值仿真优化和实验测试方法对某中间级静子的机匣端壁和轮毂端壁进行了非轴对称端壁造型研究,提出了在优化时将目标函数选择为近端壁的局部叶高总压损失系数。结果表明:相较于传统的全叶高总压损失系数作为目标函数的优化方法,该优化方法可以在较少的优化步数（400步）内使得静子总压损失系数下降更多,这表明该方法可以有效降低优化耗时,为多级压气机中进行非轴对称端壁优化设计的工程应用奠定基础。      

巡天任务复杂工况下超静平台作动器疲劳寿命评估

为研究超静平台作动器的疲劳寿命特性,以其在轨执行巡天任务时的复杂工况分析为出发点,开展了典型工况下的超静平台物理试验,获取作动器实测载荷数据;采用有限元仿真模型进行疲劳损伤系数计算,根据“累积损伤-临界损伤”干涉模型进行累积损伤建模,推导了基于损伤系数外推的作动器概率疲劳寿命解析模型;利用最大损伤系数对应工况进行试验载荷谱设计,开展作动器疲劳寿命试验获取疲劳寿命分布,结合模型计算给出超静平台上不同损伤系数对应作动器的疲劳寿命评估结果。结果表明,运用建立的方法及模型,能够结合超静平台巡天任务工况,利用基于载荷谱编制的疲劳寿命试验结果,计算出平台上各作动器可靠度随在轨时间变化规律及概率疲劳寿命,可为超静平台作动器等一类在轨工况及载荷谱复杂、多样的空间运动机构提供一种真实有效的寿命评估技术途径。     

开式风洞超声速压气机流场起动的数值研究

在开式风洞超声速平面叶栅试验中,从试验启动到叶栅建立超声速流动状态的过程,即超声速流场起动问题,已成为公认的难题。为建立可行的开式风洞超声速流场起动方法,奠定开式超声速风洞的使用基础,基于某超声速风洞,以超声速压气机平面叶栅为研究对象,开展三维数值仿真研究;分析试验条件下超声速流场起动失败的原因,制定三种流场起动方案。结果表明：起动失败的原因为叶栅前缘形成了一道强正激波;仅提高风洞进口总压无法建立叶栅超声速流动状态;仅增大下壁溢流缝宽度可起动超声速叶栅流场,但有效叶栅流道数量减少,壁面附面层增厚;保持上、下壁溢流缝宽度在1 倍栅距以上,在栅前上、下壁设置超声速墙并进行抽吸,可有效起动超声速流场,相邻流道出口马赫数最大波动0.01,出口气流角最大波动0.09°,周期性可满足试验需求。     

轴流压气机过失速行为的数值模拟

基于轴流压气机级特性,建立了带燃烧室的多级轴流压气机过失速的一维逐级分析模型,发展了分析轴流压气机过失速响应的动态滞后方法,确定了压气机过失速响应的纺一时间常数。并将该模拟技术应用到某压气机中,通过调节敛喷嘴面积和燃烧室燃油流量等措施来诱导压气机失速。压气机旋转失速后,压气机流量下降,增压能力降低,燃烧室温度升高,可以通过调节燃油流量等措施来使压缩系统恢复正常工作。     

锯齿尾缘叶片气动特性数值模拟研究

使用数值模拟研究了静叶锯齿尾缘改型对3.5级压气机性能的影响,分析了锯齿形状、布置位置等对压气机转速特性的影响。结果表明,在进口导向叶片尾缘上全叶高开齿能够拓宽90%转速的压气机稳定工作范围,且对压比、效率的影响很小,而对100%转速特性影响不大;相对于本文开展的锯齿改型而言,齿宽小的结构优于齿宽大的锯齿,全叶高锯齿扩稳胜于部分叶高(叶尖)锯齿。这些研究加深了锯齿尾缘叶片对压气机性能影响的认识,为压气机扩稳研究提供了借鉴。     

非圆截面变体头锥机构设计与运动仿真分析

设计具有变形能力的飞行器结构,通过主动改变其气动外形是提高空天飞行器飞行能力和环境自适应性的有效途径.本文提出了一种可实现单侧弯曲与多级伸展变形的空天飞行器非圆截面变体头锥机构设计方法,可独立进行头锥的多级伸展及弯曲运动,实现变体形式多样化;通过在伸展机构级间设计锁定装置,保证了头锥变形的展开稳定性.结合飞行工况,计算...     

An improved prediction model for corner stall in axial compressors with dihedral effect

Corner stall predictions are important and difficult in axial compressors. However, all of the prediction models have proved to be ineffective for advanced compressor blades, which tend to use the combined sweep and dihedral. As for the prediction parameter DL, although it effectively modeled the effects of the adverse pressure gradient and secondary flow, it failed to predict the corner stall of curved blades because the model failed to consider the intersection of the boundary layer at the corner region. In this paper, the shape factor gradient Ψ of the boundary layer at the corner region was investigated by numerically studying specially shaped expansion pipes under different adverse pressure gradients. The improved prediction parameter DJ was presented based on the model of Ψ and the circumferential pressure gradient ξ. A comparison of the critical range of the prediction parameters DL and DJ was investigated using the NACA65 cascade database, which was established by a numerical method. Then, the stall criterion was validated according to the experimental results of various test facilities with different blade geometries and experimental conditions. The results show that the improved prediction parameter is able to predict the corner separation/stall flows and is in good agreement with the experimental results for axial compressors with three-dimensional designed blades.