数字嵌入式航空发动机气动失稳预警系统的研制与应用

如何对航空发动机失速和喘振这两类气动失稳进行测量、变换,以便对气动失稳进行控制,确保发动机安全和性能是当前国内外航空界的一项重要研究内容。以涡扇发动机为研究对象,在对整机与压气机部件失速和喘振现象深入研究的基础上,以DSP为核心,研制出气动失稳预警系统。在APTD专项试验中的应用表明:该系统具有实时性强、可靠性高和动态性能好的特点。在飞机、发动机与压气机部件试验以及燃机气动失稳预报和控制等工程应用中,具有广阔的应用前景。     

带三角形突片气膜冷却结构换热特性的数值研究

运用RNG k-ε湍流模型对带平行于冷却壁面、且覆盖部分气膜孔的三角形突片气膜冷却结构,在不同吹风比和突片几何参数下的换热特性进行了研究。结果表明:在吹风比小于1时,突片对提高气膜冷却有效温比和增强换热的作用不大;当吹风比大于1时,突片对于提高气膜冷却的有效温比和换热增强比具有显著的作用,而且随着突片尺寸的加大,气膜冷却有效温比和换热增强比的提高幅度越大。      

前置扩压器几何参数对突扩扩压器性能的影响

研究了突扩扩压器中前置扩压器各参数与总压损失和静压恢复间的关系。采用实验与FLUENT计算结合的方法,通过水槽PIV实验得出扩压器内的流场信息,对照不同的湍流模型,得出最佳的计算方案。根据此计算方案计算不同的扩张角下前置扩压器性能的变化,得出各参数之间的规律。结果表明雷诺应力模型能够较好地预测扩压器内部流场;前置扩压器扩张角存在一个最佳值,大于最佳值前置扩压器会出现流动分离;结合理论分析和计算数据总结出计算前置扩压器总压损失系数和静压恢复系数的公式,利用此公式还可求出最佳的前置扩张角和前置扩压器长度,计算误差在5%左右。     

局部喘振频率特性及估算方法

基于跨声速压气机实验,获得局部喘振现象轴向、低频、轴对称的频率特征;从局部喘振现象的物理本质出发,证明其与Helmholtz共振腔模型在物理上是相似的,采用Duct-Compressor-Plenum模型发展了实验台系统Helmholtz频率的估算方法,估算结果与实测的局部喘振频率基本一致;为了实验验证局部喘振与系统频率之间的关系,通过改变Helmholtz共振腔模型特征参数进行了跨声速实验,结果表明:局部喘振频率随着系统Helmholtz频率的下降而减小,并且两者的频率值也趋于一致,证明了局部喘振频率就是系统Helmholtz频率这一结论.      

液氧甲烷发动机台阶型冷却通道的耦合传热特性

为了研究液氧甲烷发动机再生冷却通道中跨临界甲烷的流动和传热特性,以及冷却通道较大幅度的突扩突缩对冷却效果的影响,采用整场直接耦合的方法对推力室三维耦合传热进行了数值模拟,考虑了燃气的非平衡流动.通过计算得到了推力室三维温度场和流场.计算结果表明：由于喉部截面附近存在较强的二次流,燃气侧壁面温度的最大值出现在喉部上游.由于突扩突缩处存在较强的旋涡运动,冷却剂的湍流强度增强,冷却剂侧表面传热系数显著提高,燃气侧壁面温度出现局部极小值,同时也产生了较大的局部损失.由于铜内衬热阻比镍外套热阻小得多,从燃烧室进入的大部分热量在冷却通道底面和侧面被冷却剂吸收.冷却通道底面的温度和热流密度沿程变化比顶面更剧烈.     

基于AHP的DS/FH混合扩频测控系统抗干扰效能评价

针对DS/FH(Direct Sequence/Frequency Hopping,直扩/跳频)混合扩频测控系统抗干扰问题,提出一种效能评价方法.基于任务需求,构建系统抗干扰效能评估指标体系;将三角模糊数、指数标度和层次分析法相结合,提出一种改进的TFN-AHP(Triangular Fuzzy Number-Analytic Hierarchy Process,三角模糊数-层次分析法),提高了较小指标的区分度,剔除了极端数据,最大限度发挥专家的经验知识,实现了指标赋权的客观程度,最后通过AHP对不同设备系统关于指标体系判断矩阵的确定、一致性检验和层次总排序,实现了系统抗干扰效能的评价和选择.分析结果表明,该评价方法能够实现不同设备的抗干扰效能评估,有助于用户对设备的选择.     

民用飞机失速特性研究

民用飞机失速特性和失稳特性的优劣直接影响飞机的安全性。从平尾修形、外侧缝翼缝道参数、内侧缝翼分离面等几个方面考虑,深入研究了失速特性和失稳特性的影响因素。本研究结果,为一般民用飞机失速特性设计提供切实有效的措施。     

爆震发动机超声速进气道的非定常耦合流场数值研究

采用带化学反应的非定常数值仿真方法,对爆震发动机(PDE)内进气道、燃烧室、尾喷管的耦合流场进行了分析,并着重研究了爆震压力波及其反射波对超声速进气道内流动结构的非定常干扰过程,对比了3种进气道/燃烧室耦合方式下进气道流动特性的差异.结果表明:通过在燃烧室内填充以化学恰当比预混的燃料和氧化剂,数值仿真可获得稳定自持的爆震波.在爆震波压强作用下所产生的结尾波系和反射激波会发生耦合干扰作用,它们在流道内的运动传播影响了结尾波系的前传幅度.通过对比不同进气道/燃烧室耦合方式的流场特征发现:采用突扩式进气道/燃烧室连接段可利用燃烧室头部固壁的阻碍以及其对爆震高压波的反射作用将大部分的压缩气体存储于燃烧室内,进而减弱进气道与燃烧室之间的耦合干扰作用,对提高进气道的工作稳定性有利.另外,内凹式燃烧室头部段的引入还为压缩气体提供了额外的存储空间,故可以进一步缓冲爆震高压,提高进气道的稳定工作裕度.      

低雷诺数下跨声速转子周向槽处理机匣扩稳研究

采用数值方法模拟了低雷诺数条件下NASA Rotor 37跨声速压气机转子内部流场。结果表明,附面层径向涡是该压气机转子流动失稳的一个很重要的原因。周向槽处理机匣结构对压气机流场的改善较为有限,而引入抽吸处理机匣后,抽吸槽可以将叶顶间隙涡和附面层径向涡及其引发的低能阻塞流团抽吸至处理槽内,叶顶流场大为改善,有效地提高了压气机转子的失速裕度。     

FL-12风洞突风试验装置研制

论述了在FL-12风洞研制的垂直和水平两种突风发生器,两者都是通过电机驱动凸轮、凸轮带动连杆使叶片摆动,改变电机的转速和凸轮的偏心距来产生叶片不同的频率和振幅,同时还介绍了两种突风发生器的优缺点、安装方法以及减振隔振措施.通过突风流场的测量,得出:突风区域内左右和上下位置突风流场变化较小,前后位置突风流场变化规律为离叶片越近,正弦规律越明显,突风流场越纯正;离叶片越远,正弦风速受干扰越大,突风流场越不纯正;正弦突风流场的风速幅值与来流风速、叶片个数、叶片摆动频率和测点距叶片的风洞轴向距离有关,并且都是正相关的关系.最后简要介绍了突风响应及减缓两期试验,试验结果表明:突风发生器能产生均匀的垂直和水平突风流场,突风频率和强度均可满足弹性模型突风试验要求,FL-12风洞具备了突风响应试验研究技术.