涡轮叶片转弯流道换热分析与优化设计

对涡轮叶片冷却通道换热问题进行了研究,提出了新的结构设计方案,改善了叶片性能。采用流-热耦合分析方法对典型三腔回流式冷却叶片气动及传热性能进行了分析,得到叶片压力与温度分析结果,发现叶片最高温度出现在叶尖尾缘位置。对此提出了冷却通道两种新的结构方案,在不降低叶片气动性能的前提下,分别可降低叶片的最高温度和平均温度。通过分析发现,将两种结构特征进行组合,可同时较大幅度地降低叶片最高温度和平均温度,并对新型组合冷却通道进行了优化设计,与原结构相比叶片综合性能得到了较大提高。     

考虑叶片径向和垂直于壁面方向导热的涡轮叶片对流冷却模型研究

为了提高涡轮叶片对流冷却模型预测精度,提出了一种在叶片固壁内同时考虑叶片径向和垂直于壁面方向(法向)导热的二维对流冷却模型。该模型在弦长方向划分多个元素,忽略元素内弦长方向叶片温度变化,在元素内的径向和法向建立二维导热方程作为叶片固壁温度场的控制方程,其边界条件包括叶表燃气绝热温度、燃气侧对流换热系数和叶片叶根、叶顶热流密度等。给出了该模型二维导热方程和边界条件的差分求解方法。以E~3涡轮高压导叶为例,将模型与CFD计算的叶片外壁面温度分布进行了对比。结果表明,该模型在给定冷气量下预测的叶片温度分布变化趋势与CFD相近,最大温度误差不超过6.5%,计算时间与CFD相比缩短了95%,能够快速、准确预测涡轮对流冷却叶片的冷气需求量。     

带锯齿形叶冠叶片接触应力计算及静强度分析

根据接触面位移收敛的特点,采用“位移提取法”计算锯齿形叶冠接触面的接触应力,在面网格尺寸为0.202 mm时可以得到准确的接触应力,最大值为453.48 MPa。分析了带冠叶片在不同情况下的应力水平和扭转程度,发现随初始安装紧度的增加应力水平增大,随离心载荷的增加叶片的扭转角度增大。根据接触面施加载荷与扭转角度的关系,得到了叶片的压缩刚度和扭转刚度,由于压缩刚度远大于扭转刚度,所以叶身应力制约接触面应力。提出以叶冠平均挤压应力不大于40%的名义屈服极限、叶片当量应力不大于75%的名义屈服极限作为静载荷强度判断准则进行静强度分析,初始安装紧度为0.127 mm时的带冠叶片模型可以满足该强度要求。     

突加高能载荷作用下航空发动机结构动态响应及安全性综述

航空发动机在服役期间可能遭受鸟撞、叶片丢失等突加高能载荷的作用,造成发动机整机/部件动力学特性恶化和关键构件的损伤,危及发动机的结构安全性。本文从突加高能载荷复现方法与传递规律、突加高能载荷作用下转子/整机结构响应研究、突加高能载荷作用下关键构件损伤机理三个方面综述了现有研究工作,并针对近年来发展的抗突加高能载荷的安全性设计方法进行了探讨,最后分析了突加高能载荷问题的科学本质及发展趋势,为突加高能载荷作用下航空发动机安全性设计提供了重要参考。     

基于模型大扭角叶片的三维矢量测量技术

针对接触式坐标测量机测量大扭角叶片截面存在余弦误差的问题，提出了基于模型的矢量测量方法。本文对此方法的测量精度及测量效率等方面进行论述，并通过实例验证了基于模型的矢量测量方法在精度与效率等方面优势，实现了此测量方法的工程化应用。     

直升机复合材料桨叶固化过程的多物理场有限元模拟

根据热传导、复合材料力学和固化动力学理论,采用基于偏微分方程的强耦合多物理场有限元方

法,计算在F650 双马来酰亚胺树脂建议温度周期下直升机复合材料桨叶固化过程中温度、固化度、固化度反应

速率和内应力变化历程。通过仿真结果对温度周期进行优化调整,改善工艺过程。计算结果表明:桨叶中树脂

固化反应同步度高,交联反应产热量少;调整后的加热周期与建议加热周期相比,最高加热温度由460 K 降低

为393 K,但固化度由0. 1 增加到1 的反应时间只由25 min 增加为30 min,固化反应速率峰值从1. 35×10-3 / s

降低为1. 15×10-3 / s,PMI(聚甲基丙烯酰亚胺,Polymethacrylimide)泡沫的Von Mises 热应力最大值从0. 82 MPa

降低为0. 482 MPa。

     

10MW风电机组空气动力设计初探

从风电机组系统角度探索了我国未来设计10MW风电机组在空气动力设计方面的一些问题及对策。从分析风能分布与风速分布关系以及风电机组风能利用系数随风速变化关系出发,研究了风轮基本参数确定方法,并以动量叶素理论为基础,建立了优化设计模型对10MW叶片外形优化设计进行了初步探索,并对风轮性能进行了评估,完成了10MW机组叶片及风轮外形建模。提出了通过适当提高叶尖线速度及拓宽风轮转速范围,可以达到优化机组塔头质量,节约成本,提高年发电量等多重有利目标的观点。     

提高空间环模设备中铝热沉高真空气密性的工艺措施

我国大型空间环境模拟器的铝热沉,工作于-196～+100℃的温度,内压最高1.6MPa。其中主容器热沉是一个直径10.5m、高20m 的鼠笼形立式铝列管热交换器。整个热沉由2500多根铝管焊接而成,焊缝数量超过5000道。热沉有很严格的真空气密性要求,整个热沉的总漏率要求不大于1×10~(-6)Pa·m~3/s。文章分别从管件检测、纯铝焊接、高真空检漏等方面论述了确保热沉高真空气密性的措施。     

涡轮叶冠换热特性实验与数值模拟

利用数值模拟及实验方法对涡轮叶冠间隙流场换热特性进行了研究,分析静止状态下叶尖泄漏流雷诺数、前后孔岀流比、叶尖间隙等参数对叶冠的表面传热系数的影响.结果表明:叶冠转速的变化对表面传热系数影响较小;随着泄漏流雷诺数的增加,叶冠的平均表面传热系数增大;平均表面传热系数随前、后孔岀流比增大而增大,其中前孔出流比的影响较为明显;叶尖间隙减小,平均表面传热系数增大,并且随叶尖间隙的减小,增长越来越快.将计算与实验结果进行了比较,吻合良好,误差小于10%.      

Multi-coset angular sampling-based compressed sensing of blade tip-timing vibration signals under variable speeds

Blade Tip-Timing (BTT) has been regarded as a promising way of on-line blade vibration monitoring. But blind multi-band BTT vibration reconstruction is a big challenge under variable speeds and under-sampling. In order to deal with it, a novel Compressed Sensing (CS) method is proposed based on Multi-Coset Angular Sampling (MCAS) in this paper. First, multi-coset sampling scheme of BTT vibration signals is presented. Then the CS model of BTT vibration signals is derived in order domain. A sufficient condition of the number of BTT sensors is derived for perfect reconstruction and optimal placement of BTT sensors is determined by minimizing the condition number. In the end, numerical simulations are done to validate the proposed method and the performances of four reconstruction algorithms are compared, i.e., Orthogonal Matching Pursuit (OMP), Multiple Signal Classification (MUSIC), Basis Pursuit Denoising (BPDN) and Modified Focal Underdetermined System Solver (MFOCUSS). Influences of the sensor placement, the number of BTT sensors and measurement noises on the reconstruction performances are also testified. The results demonstrate that the proposed method is feasible and the overall performance of the BPDN algorithm is the best among the four algorithms. Also the reconstruction performance decreases with the accelerations of rotating speed.