舰船燃气轮机发展现状、方向及关键技术

舰船燃气轮机在大中型水面舰艇动力中占主导地位,是海军现代化的一个重要标志。本文回顾了国内外舰船燃气轮机的发展历程,介绍了舰船燃气轮机发展走航改舰用和独立发展道路的状况。分析了典型舰船燃气轮机LM2500系列、MT30和UGT25000的技术特点和性能,从提高功率与热效率、提高可靠性与可维护性、发展产品系列化与谱系化等方面展望了舰船燃气轮机的发展方向,并提出了在材料及制造工艺、金属增材制造、气动设计、低排放、冷却及热障涂层、双燃料、智能化和混合动力等方面需要发展的关键技术。     

高负荷涡轮进口导向叶片叶型设计及验证

针对涡轮进口导向叶片进口马赫数低、前部负荷小的特点,采用前缘截断思路构建了高负荷涡轮叶型,并采用Pritchard 11参数法进行重构设计。采用数值计算和平面叶栅试验开展了研究和分析。结果表明:高负荷叶型吸力面前缘马赫数显著提升,增加了叶片前部负荷。喉部峰值马赫数基本不变,但位置前移,负荷分布均匀性提高。叶型的马赫数特性和攻角特性表明,高负荷叶型在不同攻角和马赫数下,均能获得较低的总压损失,其中在设计马赫数,叶型负荷提升1倍的情况下,总压损失系数降低259%。      

热完全气体的热力学特性及其N-S方程的求解

首先用五次多项式拟合给出了温度在50～3000K范围内的热完全空气的焓值与温度之间的函数关系式，导出了其它热力参数e，cp，cv和γ的表达式。接着提出了热完全空气总温、总压的计算方法，并将其计算结果与量热完全空气的结果进行了比较。最后，将该热完全空气模型用于N-S方程求解，对NAPA软件进行了改进，并用该软件时高马赫数钝体绕流流场和乘波体流场进行了计算，分析了气体真实效应时流场结构及参数的影响。结果表明，本文提出的总温、总压计算方法及时NAPA软件的改进是成功的，可较准确地模拟高超声速流动的主要特征。     

"单回路"法及其在高速气体离心机取料器能耗测量上的应用

取料器能耗直接影响离心机的使用寿命和经济性,一直是国内外的研究热点和难点。而实际离心机中,取料器能耗混在整机能耗中,不能直接测量。为分离出Y．2型气体离心机轻、重组分取料器的能耗,提出了以“单回路”模拟双回路的试验方法,在实际离心机上进行改造,模拟实际运行工况,进行能耗实时测量;同时,为保证测量精度,引入微机数据自动采集系统,改进了测量装置。试验表明：“单回路”试验法进行能耗测量是可靠的,试验结果为强旋流场中理论模型的修正、流场计算和离心机取料器的优化设计提供了必要数据,该方法对其他类型离心机的优化设计也有很大的参考价值。     

氮气介质下铣削钛合金时的刀具磨损

钛合金铣削加工中的一个突出问题是刀具寿命短，容易出现缺口，崩刃和剥落等现象，因而限制了它的进一步推广和使用。目前，为了提高刀具寿命，人们主要利用切削液来减小铣削过程中的摩擦和热量。然而，由于切削液会对环境造成污染，不符合绿色制造先进理念的要求。本通过大量的试验，对氮气介质下铣削钛合金时的刀具寿命和磨损特征进行了分析和研究，从而得出了在氮气介质下铣削钛合金比干铣 具有明显优势的理论，探讨了氮气介质下铣削钛合金时的刀具磨损机理，得出了高速钢刀具在氮气介质下铣削和干铣削钛合金时刀具寿命的泰勒公式。     

电探针保护气体的优选原则

为了研究强冲击波作用下不同气体对电探针保护能力的差异,通过化爆加载实验分别观察了氦气、氩气和甲烷气体在不同冲击波强度下电探针电路的导通现象,实验发现冲击波马赫数在7.5～12.1范围内,氦气和甲烷气体均能有效地保护电探针,而氩气环境下的电探针电路产生提前导通现象。并用一维流体动力学理论分别计算了在相同的初始条件和3～8km/s范围内的六种不同飞片速度下氦气、氩气和甲烷的冲击状态参数。通过对这些状态参数和相关物性的分析,提出了电探针保护气体的优选原则。     

气动谐振加热效应的数值模拟

为研究谐振管内部的流动情况,建立了喷嘴-圆柱形谐振管系统的模型,利用二阶NND格式求解二维轴对称雷诺平均N-S方程,通过耦合求解传热方程在边界条件中考虑谐振管的传热,模拟气动谐振加热效应,得到了谐振管底部气体的压力与温度振荡曲线,计算结果与实验结果较为一致.结果表明,在约20 ms内即可完成对谐振管底部气体的谐振加热,且谐振管的传热是影响气动谐振加热温度的重要因素,在数值模拟中对其加以考虑可以提高计算准确性.      

中国上空民航飞机NOx排放分布再探

对1998年旺季(4月~10月)的中国上空民航飞机的NOx排放量及其分布进行了评估,并结合国内外有关数据进行了分析和比较.结果表明,目前中国的商业飞行所造成的NOx排放主要集中在(大)城市上空,各城市上空的大气污染程度有很大的不同,且这些城市上空的NOx含量沿高度方向由地面向高空递减;就自身发展来看,目前的高空飞机NOx排放量已比6年前增加1倍多;从横向比较来看,目前中国几个大城市上空飞机的NOx排放量已达到并超过6年前全球空运发达地区的排放量,应引起有关部门的高度注意.      

直升机用小型高压离心式风机的设计

针对直升机用离心式风机高压力、高转速和小尺寸的特点,进行了基本结构参数的分析与计算;利用 "可控涡"设计理论分析了气体在离心风机叶轮内的流动规律,讨论了气体涡分布对回转流面的影响,提出了气体涡选择的约束条件,详细设计了叶片的子午流面和回转流面型线,同时进行了通用性设计.实例表明,通过合理确定气体涡分布规律来设计叶片型线,可有效提高风机的效率.      

气体二次喷射推力向量控制数值仿真

采用基于Favre平均的三维N-S方程和k-ε湍流模型对固体火箭发动机气体二次喷射推力向 量喷管复杂干扰内流场进行数值模拟;采用三阶精度空间差分格式和隐式Jacobi时间点迭代 方法进行求解;借助数值模拟技术对气体二次喷射推力向量喷管方案进行了初步探索,研究 了不同喷射条件对气体二次喷射流场特征及侧向控制力的影响作用;研究表明,二次喷射气 体喷射孔位置、总温及总压等因素对侧向力影响具有耦合作用,合适的喷射孔位置和高温燃 气以及较大喷射总压都能有效增加侧向力及向量角;燃气二次喷射系统具有较高的效率;侧 向力随二次喷射流总压增加而线性增大.