民用飞机延程运行型号设计浅析

延程运行(ETOPS)是保证民用飞机安全飞行的重要运行要求。为了给国内ETOPS型号设计提供指导,对民用飞机ETOPS型号设计进行探索研究。简要介绍了ETOPS概念及其发展历程,梳理了民用飞机ETOPS型号设计的适航要求以及批准方法,通过对适航材料的研究,提出一种ETOPS型号设计思路。本文所提的设计思路能够指导国内民用飞机的ETOPS型号设计。     

三旋流燃烧室点火阶段燃烧性能

为研究三旋流燃烧室的点火熄火性能,对单头部燃烧室进行了地面和高空的点、熄火试验研究,测取了负温条件下的高空点火性能,借助高速摄像法录取了地面点火过程,采用燃气分析法对地面点火燃烧效率进行了测量,获得了单头部燃烧室的点、熄火性能和点火燃烧性能参数,以及火焰传播过程。结果表明:三旋流燃烧组织方式可在宽广的主燃区气流速度范围内,具有良好的点熄火性能,地面点火边界的燃烧充分性较高,燃烧效率约为80%,负温条件增加了点火难度,与常温点火边界相比,进气压力70 kPa时的负温点火的边界变窄了188%~375%,高空贫油熄火边界与点火边界接近,所获结果可为三旋流燃烧室设计提供参考。     

燃油温度对离心喷嘴雾化特性影响的试验

对某中心分级燃烧室头部的三种型号离心喷嘴副油路燃油喷入静止大气中的雾化特性进行了试验研究,获得了不同进口燃油温度(-40~80 ℃)和供油压差对燃油雾化特性的影响规律。利用相位多普勒粒子测量技术（PDPA）测量了沿流向距离离心喷嘴出口30 mm平面上的油雾特性,并利用激光粒度分析仪对试验结果进行了进一步验证。研究结果表明:①离心喷嘴的流量数随燃油温度的升高而逐渐减少,且在低温段下降幅度更大;②测量平面上沿直径各处的Sauter平均直径（SMD）在低温段随燃油温度的升高而减小,且油锥中心处的SMD下降幅度更大;③利用激光粒度分析仪测得的油雾场粒径分布在一定程度上验证了PDPA测量结果的正确性,液滴特征直径和液滴尺寸分布系数随供油压差的增大而减小。     

不同粒径颗粒在涡轮流道内沿程温度及其与叶片的撞击特性研究

涡轮叶片表面的颗粒沉积会影响其气动性能和冷却效率,因此很有必要开展颗粒在流道内的运动、温度及其在涡轮叶片表面的撞击特性研究。基于离散相模型,采用CFD数值模拟了涡轮流道内的燃气流动以及不同粒径颗粒在涡轮流道内的运动轨迹与沿程温度变化,并获得了颗粒与涡轮叶片的撞击特性。模拟结果表明,随着颗粒粒径由1μm增加至200μm,颗粒在涡轮流道内的随流性变差,颗粒在流道内的撞击、反弹现象加剧,这促使颗粒在流道内的运动路程整体呈上升趋势;颗粒粒径的增大还会导致颗粒散热能力下降,促使颗粒的沿程温降逐渐降低;同时,颗粒粒径的增大会导致颗粒在导叶片表面的撞击系数上升,而动叶则与之相反。     

风扇转子动特性试验与分析

转子不平衡是引起发动机振动的主要原因。针对风扇转子工艺状态平衡良好,但工作状态不平衡量较大所引起振动偏大的现象,对其变化规律及影响因素开展转子动特性试验。采用卧式转子试验器测量风扇转子在工作转速范围内各截面的振动响应,利用三圆法测算出转子动不平衡量在高、低转速间存在的明显差异,主要是套齿连接结构刚度变化及叶片工作状态差异引起。通过窄带跟踪滤波提取出转子在各典型转速下基波弹性线,发现风扇转子本身未发生较大挠曲变形,为准刚体状态。其相位测试结果表明:风扇转子与多功能轴间存在明显的非同步振动规律。     

发射井引射器的工作特性

针对发射井优化设计问题,提出了发射井引射器模型和引射器函数求解方法。研究了静压协调函数的性质,分析了发动机总压、发射井横截面积、混合室出口压强变化时的极限工作条件和取值范围。结果表明:第一极限、引射面积零点和等速点不能达到;在未达到第三极限时,引射器工作特性服从静压协调函数;在第三极限和最小极限之间工作特性曲线服从最优静压函数;在过雍塞状态,引射器工作特性服从最小静压函数。研究结果为发射井和引射器的优化设计提供了重要指导。     

温度与氯离子浓度对H62铜合金腐蚀的影响

H62铜合金应用广泛。分析不同环境因素对 H62铜合金腐蚀的影响,对腐蚀防护具有重要意义。设计二因素的全面试验,通过电化学工作站测得 H62铜合金在温度、氯离子浓度 2个因素 3个水平下的极化曲线,利用方差分析评估温度与氯离子浓度对 H62铜合金腐蚀的影响。试验说明,随着温度的升高以及氯离子浓度的增大, H62铜合金的腐蚀情况加重。温度与氯离子浓度有交互作用,在氯离子参与的情况下,温度对 H62铜合金腐蚀作用增强,氯离子浓度对 H62铜合金腐蚀的影响大于温度对 H62铜合金腐蚀的影响。     

非合作失效航天器绳系拖曳系统研究

空间碎片的不断增加给人类航天活动的开展和在轨资产的安全造成严重威胁。在已经提出的多种空间碎片主动清除方式中,绳系拖曳（tethered space tug,TST）系统因有较好的应用前景而受到广泛关注。部分失效航天器因星上器件损坏且姿态控制系统异常,始终将姿态维持在某一特定指向,针对此类具有典型的非合作特征的大型空间碎片,开展绳系拖曳动力学与控制研究。将拖船和目标均视作刚体,用牛顿法建立了TST系统的动力学模型;根据目标姿态稳定方式分为自旋稳定和三轴稳定两种情况,开展了绳系拖曳动力学分析与控制设计,并考察了系绳在失效航天器表面连接点位置对系统稳定状态的影响。仿真结果表明,拖船和失效航天器会在系绳连接下表现出抗衡特点,最终系统会稳定在不同的均衡状态附近。此研究为安全清除尚有残余姿态控制能力的失效航天器中相关拖曳动力学与控制问题提供了参考。     

三翼面验证机纯电方案设计

随着碳排放政策日趋严格,航空绿色出行成为民机设计新目标之一,传统布局的民航客机气动效率、结构效率提升空间有限,很难实现大幅减阻,采用新布局结合新能源的设计方案,成为当下研究的热点。本文总结了翼身融合（BWB）、桁架支撑翼（TBW）、三翼面（TSA）的新布局以及纯电为代表的新能源技术研究进展,基于“乘风2.0”200 kg级无人飞行验证机的布局特征,采用计算流体力学（CFD）和工程估算开展了三翼面布局气动特性分析和布局收益评估,分析了前翼与尾翼单独偏转和组合偏转力矩特性,前翼在大迎角具有较好的推杆改出和操纵能力;验证机完整的三翼面布局,相对于其取消前翼的布局,在4°迎角可获得约7%配平升力收益,考虑前翼方案带来的零阻、下洗、增重不利影响,仍可获得19.7count减阻收益,巡航升阻比提升3%;前翼+尾翼部件导致全机增重约0.3%;给出了分布式动力推进架构,该架构可减小90%不对称推力力矩;基于无人飞行验证机开展纯电动力架构和性能的飞行试验,得到了验证机45 m/s巡航所需功率约20 kW,巡航能耗为0.126 kW·h/km,35 m/s巡航所需功率8 kW,巡航能耗为0.065 kW·...     

基于分数阶三参数模型的HTPB推进剂粘弹性力学响应分析

为拓展分数阶粘弹性模型在端羟基聚丁二烯(HTPB)推进剂中的应用,研究分数阶粘弹性模型预示推进剂频域下的动态模量变化。推导了三维下的分数阶三参数模型,并结合Grünwald-Letnikov定义编写UMAT子程序。为标定本构参数,推导了带有预加载的蠕变、松弛响应的解析解,并采用遗传算法分别标定了0.4 MPa和0.6 MPa应力下蠕变实验以及10%和30%应变下松弛实验的本构参数。计算得到的有限元数值与解析解、解析解与实验值的时程相对误差均小于5%。采用分数阶三参数模型动态模量对-5、25、60℃下的动态力学实验(DMA)结果进行拟合得到本构参数,动态模量与实验结果误差小于2%,同时随着温度升高,本构参数均减小,体现出HTPB推进剂升温软化现象。结果表明,分数阶三参数模型能精确地描述不同温度下多种频率的HTPB推进剂模量变化,结合二次开发本构,可为后续HTPB推进剂复杂边界下的力学响应的研究提供材料本构模型。