涡轮冷却叶片寿命可靠性分析参数化仿真平台

目前,涡轮冷却叶片等复杂结构的多模式寿命可靠性分析中存在各功能模块的集成与管理不成体系、参数化联合调用技术不完善的工程应用问题。针对这些问题,完善了随机不确定性下涡轮冷却叶片多模式寿命可靠性分析的工程化方法,搭建了多模式寿命可靠性分析的参数化、多软件联合仿真平台,为某型号叶片寿命可靠性分析提供合理的工程化方法及高效便捷的自动化实现工具。主要工作包括：一建立了不确定性环境下含孔、肋及空腔复杂结构网格划分和结构有限元仿真的参数化方法,实现了随机变量不同取值下仿真的自动执行,解决了可靠性理论方法应用至复杂工程结构的瓶颈问题;二在经回归处理的概率寿命曲线中考虑温度插值及多失效模式串联系统,拓展了概率寿命曲线的应用范围,使得所建涡轮叶片寿命可靠性模型更符合实际;三提出了可靠性分析数字模拟过程中嵌入包括有限元结构分析和疲劳寿命极限状态面两方面的双层自适应代理模型方法,该自适应策略可在保证寿命可靠性分析精度的基础上提高效率。通过所建平台在某型号叶片上的算例分析及与蒙特卡洛法参考解的对比,验证了所提多模式系统寿命可靠性分析工程化方法的高效和准确性及仿真平台的实用性。     

带周向单槽的低速轴流压气机失速起始过程

为了深入认识周向槽轴向位置对压气机失速机制的影响规律,针对某叶尖敏感的低速单转子压气机开展实验测量与数值模拟相结合的研究。实验与计算结果均表明,位于叶片弦长中部的周向单槽扩稳效果最好,而位于叶片前缘下游20%~30%轴向弦长位置的周向单槽扩稳效果最差。进一步分析了利用非定常、多通道计算模型获得的数值结果,发现对于光壁机匣和扩稳效果最好的周向单槽机匣,泄漏流与主流交界面在近失速工况下到达叶片前缘位置,压气机通过突尖型失速先兆进入失速状态;对于扩稳效果最差的周向单槽机匣,泄漏流与主流交界面在近失速工况下仍位于叶片通道内部距离叶片前缘20%的轴向弦长位置,压气机经历了由准模态型失速先兆向突尖型失速先兆转换的失速起始过程。     

主流偏角对单排圆柱型气膜孔冷却特性的影响

数值模拟研究了主流偏角对单排圆柱型气膜孔冷却特性的影响,在气膜孔中心间距相等的计算条件下,在吹风比为1.0时,计算结果与主流和气膜孔都无偏角、主流无偏角而气膜孔有45°偏角这两种流动情况做了对比.结果显示:相对于主流和气膜孔都无偏角时,主流有45°偏角而气膜孔无偏角时气膜平均冷却效率更大,分布更均匀;相比于主流无偏角而气膜孔有45°偏角时,在气膜孔附近处,主流有45°偏角而气膜孔无偏角时气膜平均冷却效率更小,在远离气膜孔的下游位置处,气膜平均冷却效率更大.另外在吹风比为0.5和1.5条件下进行了数值模拟,结果也显示3种流动情况气膜冷却效率分布存在明显差距,有必要对主流偏角对单排气膜孔冷却特性的影响做进一步的实验和数值研究.      

A review of recent studies on rotating internal cooling for gas turbine blades

Gas turbines have been used extensively for aircraft and marine propulsions as well as land-based power generation because of their high thermal efficiency and large power to weight ratios. To further increase the thermal efficiency, numerous prior researches on gas turbine blade internal cooling have been intensively carried out, majorly under stationary conditions. However, the stationary studies neglect the effects of Coriolis and buoyancy forces, which should change the velocity, turbulence and temperature distribution under rotating conditions. To elucidate the rotational effects on gas turbine internal cooling, the extensive results collected from recent investigations are discussed, which include the rotation and buoyancy effects on the rib turbulated cooling, pin fin cooling, jet impingement cooling, dimple/protrusion cooling, latticework cooling as well as swirl cooling. The rotational effects on the friction factors and the most employed experimental and numerical methods are also presented. Moreover, recommendations for future research are outlined. Therefore, this review article provides extensive literature information for the design of the next-generation high-efficiency internal cooling for rotating turbine blades.     

力约束管材自由胀形试验研究与材料性能测试

相较于单向拉伸试验,通过管材胀形试验(TBT,Tube Bulging Test)获得的材料性能参数能够更准确地反映材料在高压流体作用下的塑性成形性能,不同的管端边界将会严重影响管材胀形试验的测试结果.针对国际上现有试验方法和设备存在的不足,研制出了一套约束边界清晰、加载精确的管材自由胀形试验系统.在管材测试过程中,基于位移随动力主动加载的控制策略和比例伺服油缸,实现实时的轴向力、轴向位移和内压力的精确加载.端部约束的测试管材通过特殊设计的工装保证了其轴向自由滑动.实时内压力和胀形管材顶点处材料的壁厚和胀形高度信息通过超高压压力传感器、超声测厚仪和磁致伸缩位移传感器采集,进而基于Swift材料本构模型和采集到的数据拟合出材料应力应变曲线和材料性能参数.试验结果表明,管材两端侧推力与内压力对管材内腔端面的作用力和管材轴向自由对称收缩的平衡条件始终处于动态稳定中,试验设备能够准确获得实时胀形高度、顶点厚度、轴向收缩长度和内压力的信息,能够为材料性能测试和工艺设计提供可信的材料参数.      

1+1/2对转涡轮非定常流动数值模拟

为了掌握对转涡轮内部的复杂流动以改进航空燃气轮机的设计,利用数值模拟手段对所设计的1+1/2对转涡轮内部非定常流动进行了研究,将定常和非定常结果进行了详细的对比分析,结果表明:非定常结果与定常结果相比出功比减小,总效率约减小0.44%,流量基本不变,其中尾迹、激波、位势作用以及泄漏流等因素之间的相互作用是影响非定常特性的主要因素.      

旋转对带斜肋和双排孔通道孔流量系数影响

为了获得工作叶片内部通道布置斜肋情况下的气膜孔流量系数,利用商业软件对带60°肋和双排气膜孔出流的旋转矩形通道内的流场进行了数值模拟.通道入口雷诺为数60 000,罗斯贝数为0,0.11,0.22,气膜孔总出流比0.22.通道静止时,计算结果与实验数据符合较好,左侧孔和右侧孔的流量系数差别不大.通道顺时针旋转时,两个孔的平均流量系数增加90%左右,左侧孔流量系数是右侧孔流量系数的4～5倍.通道逆时针旋转时,两个孔的平均流量系数减小10%左右,左侧孔和右侧孔流量系数基本相同.      

Research on the intelligent design system for investment casting die of aero-engine turbine blade based on knowledge

To solve the problems in turbine blade investment casting die design process such as long design time,lacking of expert experience and low level of intelligence,knowledge-based engineering (KBE) was introduced in the turbine blade investment casting die design field. The key technologies of the intelligent design method were researched and a prototype system was developed. A hybrid reasoning model was prompted in which case-based reasoning (CBR) was applied to conceptual design and rule-based reasoning (RBR) was applied to parts design after research the design process and domain knowledge of casting die. In the conceptual design stage,a retrieval model which integrated nearest neighbor approach and knowledge-based retrieval approach was prompted to improve the retrieval efficiency. Meanwhile,RBR was used to modify the retrieval result. The practical application results indicate that this system can reuse the expert experience efficiently and heighten the die design efficiency and quality.      

火箭推进系统充液管路的流固耦合动响应分析

针对大型运载火箭推进系统中的液氧供应管路,建立流固耦合作用的模型,开展了动响应分析研究.在二维平面管系中同时分析纵向和横向振动及其相互作用,并考虑泊松耦合和连接耦合的影响,对火箭贮箱出口的充液管段模型进行了计算.结果表明:相对于经典水锤理论,考虑纵向横向振动的充液管路的流固耦合动响应形式相对复杂,频率和幅值也有变化.该研究工作为下一步的管路试验和振动抑制研究提供了参考.      

变桨角对舰船用燃气轮机过渡态性能的影响

基于SIMULINK平台搭建了分轴燃气轮机稳态、过渡态仿真的数学模型,利用该模型进行燃气轮机-螺旋桨共同工作动态仿真,分析了螺旋桨角度瞬态变化对燃气轮机性能的影响。在燃气轮机性能曲线网图和压气机特性线图中得到燃气轮机工作过程,并得到螺旋桨角度瞬态变化对燃气轮机性能参数的影响。