基于热声解耦方法的燃烧不稳定性预测

大型空气加热器易发生燃烧不稳定现象,造成加热器不能按预想状态工作,甚至失效.由于难以通过试验获得加热器燃烧室内部的精确参数,因此数值仿真是预测燃烧不稳定性的重要手段.通过对燃烧室内部燃烧-声学解耦的方式,分别计算火焰对声学扰动的响应和声学系统在热源扰动下的响应,将声学扰动下的燃烧响应表征为火焰传递函数,最终可获得燃烧室...     

一种二元高超声速进气道起动特性的尺度效应研究

对一种二元混压式进气道三维流场进行了数值和实验考察,研究了不同尺度进气道模型自起动性能的变化。结果表明,在相同来流单位雷诺数条件下,随着模型尺度的减小,进气道自起动马赫数有所提高,起动性能有所降低。同时对不同尺度模型进行雷诺数匹配,发现在相同雷诺数下,不同尺度模型的起动性能相近,表明雷诺数是影响不同缩尺模型起动性能不同的主要原因。在可获得的实验结果范围内,数值模拟所得到的自起动结果基本与之相符。此外,对实验中发现在低雷诺数下进气道反而呈现出自起动特征的异常现象进行了初步分析,通过数值模拟比较指出了低雷诺数下来流偏向层流流态,可能会导致进气道呈现一种“起动”状态。     

某涡桨发动机低压模拟转子动平衡试验研究

某涡桨发动机低压模拟转子的工作转速在弯曲临界转速以下,该转子出现了由不平衡引起振动超限,导致无法运行至工作转速的问题,本文针对上述问题进行动平衡试验研究。首先,在动平衡机上对低压模拟转子进行低速平衡,再结合柔性转子高速动平衡技术,在高速旋转试验器上完成了低压模拟转子的高速动平衡试验,动平衡试验后的转子振动明显降低,表现出了良好的振动特性,平衡效果显著。本文的研究为控制高转速下同类型航空发动机转子的振动提供了一种有效的途径,具有重要的工程应用价值。     

基于Simscape航空三级式起动/发电机建模仿真研究

基于现有航空三级式起动/发电机仿真建模方法,提出基于Simscape电力系统域的励磁机、旋转整流器和主电机统一域建模方法,给出建模过程,在所建立的子系统模型上搭建航空三级式起动/发电机从起动到发电过程的仿真系统,该系统可工作在起动状态和发电状态,实现起动到发电状态的转换。仿真结果表明,所给出的建模方法可行、建模结果正确,能够支持相关领域的仿真研究。     

喷嘴式隔板与再生冷却肋片隔板对高频燃烧不稳定抑制效果的数值对比

基于三维URANS(unsteady reynolds-averaged Navier-Stokes)模型对全尺寸液氧/煤油火箭发动机高频燃烧不稳定开展了仿真计算。研究了3种隔板对高频切向燃烧不稳定的抑制效果,发现当隔板长度为30 mm时,喷嘴式隔板能有效抑制燃烧不稳定,而两种再生冷却肋片隔板未能完全抑制燃烧不稳定,增加隔板长度到50 mm后,燃烧趋于稳定。结果表明：较短隔板不能完全包络化学反应区域,推进剂纵向分布变化对燃烧不稳定的抑制作用相对较小;隔板增长后,能有效分割燃烧室头部化学反应区域,提升了燃烧稳定性裕度;喷嘴式隔板能抑制切向燃烧不稳定的机理在于隔板喷嘴壁面上存在一个大黏性、大剪切力的黏性影响区。研究结果可为液体火箭发动机隔板设计提供一定指导。     

旋流预混燃烧室火焰描述函数分析及其自激热声计算

为考察运行参数对火焰描述函数的影响,及验证结合火焰描述函数的燃烧室热声不稳定数值预测方法可行性,测量了一燃气轮机典型旋流部分预混火焰不同运行参数下的火焰描述函数,并结合该实测火焰描述函数及热态阻尼率,采用亥姆霍兹法数值预测了燃烧室自激热声振荡参数。结果表明,该旋流部分预混火焰的火焰描述函数具有低通和带通增益峰,随激励振幅增加,增益不断降低;相位值与频率基本呈线性关系。当量比较低时,火焰描述函数主要呈现火焰拉伸效应引起的低通增益峰;随当量比增加,低通增益逐渐减弱,涡脱落效应引起的带通增益峰逐渐加强。随空气流量增加,火焰描述函数高增益频率带明显拓宽,而高增益对应的施特劳哈尔数St边界变化较小,增益峰均位于St=0.23和0.80附近。结合实测火焰描述函数、热态有火焰下阻尼率及温度分布,亥姆霍兹法数值预测的特征频率相对误差约10%,速度振幅比绝对误差在0.05以下。     

航空发动机燃烧室热声不稳定的预设性能控制

为降低航空发动机燃烧室NOx的排放量,贫油预混的燃烧模式被广泛采用,但这将导致燃烧不稳定现象更加频繁地发生。航空发动机燃烧不稳定的能量来自于推进剂的燃烧,热声不稳定是其最主要的一种形式。为抑制热声不稳定现象,首先,在Culick模型的基础上,加入火焰燃烧响应对系统的影响,推导出含状态时滞的热声不稳定的数学模型;其次,基于此模型探究了从燃料喷射到燃烧释放热量的对流时间对热声系统稳定性的影响;然后,设计了预设性能反步主动控制方法,并求解得到在保证系统预设性能的前提下该对流时间的上界;最后,从理论分析和仿真结果两方面都验证了该主动控制方法可使热声不稳定系统的压力振荡渐近收敛,其动态满足预先设定的性能,且具有时滞鲁棒性。     

红外目标模拟器光束不平行度测量与补偿方法研究

为了解决基于折射式光学系统的红外目标模拟器光束不平行度测量难题,提出红外五棱镜结合红外成像探测系统的测量与补偿方法。首先分析红外目标模拟器光束不平行度产生的机理,提出改进的红外不平行度测量方法,以及红外不平行度补偿方法。通过红外五棱镜在一维平移台的运动,将折射式或折反式模拟器光学系统出射红外光束翻转90°并实现光瞳的区域分割,红外焦平面探测器接收并测量运动过程中光点的偏移量,依此推导出红外目标模拟器光束的不平行度。经分析,测量结果满足红外制导仿真试验对光束不平行度1′的指标测试需求,适用于折射式光学系统的红外目标模拟器光束不平行度的现场测试。     

陶瓷基复合材料结构不确定性传播分析

陶瓷基复合材料因其耐高温、高强度比、抗腐蚀等出色的力学性能而被广泛应用于航空航天领域中。然而,制备工艺的复杂性导致陶瓷基复合材料的本构模型中存在大量的不确定性,无法合理估计给定工况下结构的力学行为。为此,本文首先探究了陶瓷基复合材料中的材料参数对其本构模型的影响,并建立了考虑孔隙率的陶瓷基复合材料各向异性本构模型。随后,进一步提出了一种基于稀疏混沌多项式展开的不确定性传播分析方法,定量地分析材料参数及外界环境的不确定性对陶瓷基复合材料性能的影响,进而为结构的优化设计提供有效指导。最后,以陶瓷基复合材料圆柱壳模型为例,验证了本文所提方法的有效性。     

横向气流中航空煤油凝胶液滴二次雾化特性实验研究

为研究航空煤油凝胶液滴在横向气流中的二次雾化特性,建立了二次雾化实验台,制备了3种胶凝剂含量下的航空煤油凝胶,在不同实验条件下(82We691,9.6×10-4Oh3.77)对液滴二次雾化过程进行了拍摄。测量了液滴变形、破碎模态、破碎时间、剥离速度及R-T(Rayleigh-Taylor)不稳定波波长等特征参数,并与航空煤油液滴进行了对比。结果表明:在实验条件,煤油和煤油凝胶液滴无量纲变形率在0.5~2.0,胶凝剂含量增加,液滴粘性效应增强,平均无量纲变形率降低;航空煤油和凝胶液滴具有两种破碎模态,同种破碎模态下,煤油和煤油凝胶的破碎过程相同;煤油和煤油凝胶液滴初始和总破碎时间随We数变化规律基本相同。不同Oh数下,3%煤油凝胶初始和总破碎时间与文献计算值相差较大,而其余3种材料液滴则吻合较好;液滴剥离速度随We数逐渐增加。We数低于200时,煤油剥离速度高于煤油凝胶,但继续增大We数时则相差不大;R-T不稳定波波长随We数增加而减小。煤油、1%和2%煤油凝胶波长实验值和理论值基本吻合,而对3%煤油凝胶,理论值则高于实验值。