小型化TDLAS发动机测温系统的研究及进展

在吸气式发动机研究中,需要监测其进气道气流流场分布、燃烧室温度分布和燃烧产物浓度来验证燃烧室内的燃烧理论模型并最终改进发动机设计;同时,这些参数的实时获取还可以用来控制发动机工作状态以实现燃烧效率优化。TDLAS(可调谐半导体激光吸收光谱)技术具有结构紧凑、响应快速、灵敏度高和非入侵式测量等优点,在高温、高速和剧烈振动等恶劣工作环境下可实现随机飞行的发动机测量,因此被国外多家研究机构采用。调研了高超声速燃烧发动机研究项目 HIFiRE及其在传感器小型化方面所采用的技术手段,介绍已有的小型化设计思路和取得的进展。已集成的小型化系统体积为30×15×10cm3,重量<5kg,功耗<10W。经验证,该系统可在发动机地面试验条件下稳定工作,给未来随发动机飞行的小型化测温系统设计提供了参考。     

半柔壁喷管初步实验研究

为了验证跨超声速风洞半柔壁喷管的气动设计结果,在试验平台上经过对喷管的动调,完成了半柔壁喷管的性能测试研究.得到如下初步结论:所使用的半柔壁喷管气动设计方法有效可行,马赫数调节范围及喷管流场均匀性指标达到设计要求;通过对喷管的动调,喷管第一菱形区的马赫数均方根偏差可降低30%~40%;在风洞吹风过程中,可实现喷管马赫数的连续变化功能,在喷管型面调节速度适当时,试验段流场均匀性指标与喷管固定型面时相当.     

2m×2m超声速风洞全挠性壁喷管气动设计及动态调试结果分析

中国空气动力研究与发展中心自行设计的2m×2m超声速风洞于2010年底建成,它是一座直流、暂冲式风洞,采用了全挠性壁喷管技术.喷管总长18m,具有马赫数1.5~4.0的十多个型面,每个型面通过24对撑杆的伸缩实施成型.该喷管的气动设计采用了具有连续曲率的Sivells设计方法,并用Maxwell方法对其进行了边界层修正.该喷管采用实验影响法进行了喷管型面的动态调试,个别型面还采用了二次修正.调试结果显示,在各设计马赫数下,试验段模型区流场指标均优于GJB先进指标,表明该喷管的气动设计是成功的.     

乙烯超声速燃烧的数值模拟研究

利用Fluent软件、ISAT算法与由CARM(Computer Assisted Reduction Method)简化而来的11组分、7步反应的乙烯简化机理对碳氢燃料/空气的超声速燃烧问题进行数值模拟.研究结果表明这种方法是可利用的.计算得到的压力数据与试验压力值可以比较.     

一种基于碳黑/聚四乙烯吡啶纳米复合物的新型湿度传感器

以4-羟-2,2,6,6-四甲基哌啶氮氧自由基(TEMPO)为引发剂,通过本体聚合方法制备聚四乙烯吡啶(P4VP)接枝纳米碳黑(CB)复合材料,以溴丁烷和1,4-二溴丁烷分别与之进行季胺化和交联季胺化反应,制得了新型电阻型湿敏材料.测试了该类纳米复合湿敏材料的温度响应特性,发现其在低湿环境下也具有较好的导电性,而且材料的导电行为同时存在离子导电和电子导电两种机理.通过改变碳黑与聚合物的相对比例,使聚合物产生季胺化以及交联季胺化反应等,可以调控两种导电机理的复合材料在电响应中所起的作用,从而改变其湿敏响应特性,制备可以全程响应的电阻型湿度传感器.     

低功耗甲烷气敏元件的制备及气敏性能研究

甲烷气体通常需要在较高的工作温度下工作,要达到这个工作温度区间,元件体电阻越大,功耗也就越大;要降低功耗,就要降低元件体电阻.本文所述元件是在SnO2敏感膜材料中掺入Pd,Sb2O3,Al2O3等添加剂,制成微珠式元件,从而大大降低了元件的体电阻,设计出一种低功耗CH4气敏元件.此种元件在低于150 mW的加热功率下,在5000×10-6的CH4气氛中灵敏度可达到3以上,响应时间小于10 s,且具有良好的选择性和稳定性.     

超燃燃烧室流场计算方法比较分析

采用准一维流动模型、轴对称方程、三维数值模拟方法结合13组分、32反应氢燃料反应机理计算了"等直段+扩张段"燃烧室内超声速燃烧问题.结果表明准一维流动模型与三维数值模拟方法的计算结果反应了主要气动参数变化规律;除预燃激波串区域外,计算数据与试验数据吻合良好;准一维流动模型计算快速、适应性强;三维数值模拟方法给出了详细流场细节,所需计算时间长.针对两种模型特点,在超燃燃烧室设计过程中应有机结合协同工作.      

基于SPSO-SVR的融合航空发动机传感器故障诊断

针对航空发动机常见的传感器故障问题, 提出了一种利用改进的粒子群算法训练支持向量回归机, 并利用融合机制将其应用于传感器故障诊断.论述了用一簇支持向量回归机(SVR)预测器对传感器进行实时检测, 通过逻辑判断机制隔离故障传感器, 并且依据剩余的无故障传感器信息实现信号重构.以某型航空发动机传感器在其整个工作范围内受到的冲击、偏置和漂移故障为例, 验证了基于自协调粒子群优化支持向量回归机(SPSO-SVR)算法的融合诊断机制对传感器单一故障和多重故障具有较高的精度和计算效率.      

当量比对单凹腔超燃燃烧室流场影响的三维数值模拟

 采用有限体积形式的上下三角分解（LU）隐式格式和k-g湍流模型,求解了多组分的N-S方程组。以北京航空航天大学宇航学院直连式超燃实验台的煤油燃烧实验为算例,开展了当量比φ＝0.32~0.97下5个工况的煤油超声速燃烧流动的三维并行数值模拟。计算结果表明：燃烧主要发生在煤油喷嘴所在的下壁面附近,流动出现亚声、超声的分层现象,高当量比工况下燃烧放热形成高的反压时,凹腔所在的燃烧室段出现激波串流动结构。计算得到的壁面压力分布曲线与实验结果符合良好。     

等离子体气动激励控制激波的实验研究

在机械式和气动式激波控制方法的基础上,提出了激波控制的等离子体气动激励方法。采用电弧放电等离子体气动激励方式,设计了电弧放电等离子体气动激励器,在小型暂冲式超声速风洞中开展了等离子体气动激励控制尖劈斜激波的实验研究。结果表明,等离子体气动激励能够有效控制激波。实验研究了磁场对激波控制效果的影响,结果表明施加磁场使得激波控制效果显著增强。从热效应机理角度出发,建立了等离子体气动激励控制激波的热阻塞模型,采用该理论模型预测的激波变化规律与实验结果一致,从而验证了热阻塞模型的合理性。由于等离子体气动激励方法具有响应迅速、控制灵活等优点,因此将成为激波控制领域一条新的有价值的技术途径。