燃烧室头部激励的等离子体强化燃烧特性实验研究

等离子体助燃是一种新型的强化燃烧技术,近年来受到国内外学者的广泛关注。本文开创性地研制了基于旋转滑动弧等离子体的强化燃烧头部,建立了某型航空发动机三头部燃烧室实验件的等离子体助燃实验平台,验证了该等离子体强化燃烧技术应用于型号发动机燃烧室的可行性。实验研究等离子体助燃在不同余气系数和不同输入电压条件下对平均出口温度、燃烧效率、温度分布系数以及熄火边界的影响。实验结果表明,与正常燃烧相比,施加等离子体助燃后的燃烧效率有明显的提高,在输入电压为U0=240V,余气系数为 α=0.8时,等离子体助燃的燃烧效率提高3.24%。实施等离子体助燃后,燃烧室出口温度分布场分布得到明显的改善,在富油工况α=0.8,出口温度分布系数减少39.8%。等离子体助燃输入电压越高熄火边界扩展程度越明显,相比于正常工况条件下,等离子体助燃U0=240V的熄火边界扩宽了7.34%。     

一级旋流强度对双旋流杯下游油气分布的影响

为了改善双旋流杯点火性能,需要优化其下游的流场和油雾场。利用激光粒子动态分析技术(PDA)测量基准双旋流杯下游的流场和油雾场,据此提出一级旋流器旋流数仅增大6.7%,但切向动量矩减小44%的改进方案,并进行了流场和油雾场对比试验。试验结果表明:减小双旋流杯一级旋流切向动量矩会使旋流杯下游流场结构发生较大变化,使其从收扩型转变为扩张型,同时减小油雾的索太尔平均直径(SMD);当与旋流杯出口距离超过2.5倍文氏管喉道直径时,流场输运和油滴蒸发作用增强,使得油雾分布更加均匀,燃油SMD更小。在航空发动机燃烧室双旋流杯设计中,不仅要考虑传统的旋流数概念,还应考虑各级切向动量矩的综合影响作用。     

基于数据驱动的主燃油计量装置故障诊断

为建立主燃油计量装置的故障诊断方法,提出一种基于快速存取记录器（QAR）数据的燃油计量参数估计模型建模方法,并结合液压机械控制装置工作原理,给出了基于燃油计量参数残差设计的主燃油计量装置故障诊断方案。设计基于系统辨识的燃油计量活门位置（FMVP）估计模型,采取降阶处理策略以提高模型的估计精度和动态响应速度,在此基础上给出基于多项式拟合的燃油流量（FF）估计模型。结果表明：所建立的FMVP模型估计残差不超过±2%,FF估计模型残差不超过±5%;该方案能够有效地诊断出燃油计量活门故障、线性可变差动位移传感器故障和热式流量计故障。该方案结构简单,不需要大量的调试技术,提高了故障检测精度,具有工程应用前景。     

变弯度导叶铰接位置对风扇振动特性的影响

针对变弯度导叶尾迹激励引起的转子叶片共振,基于谐响应模态叠加法对风扇转子进行强迫振动分析,研究了不同铰接位置的变弯度导叶对风扇气动性能及其振动特性的影响.结果表明,随着铰接位置向尾缘移动,风扇转子流量、压比和效率增加,稳定裕度降低,主要影响下游转子叶根部位的进气角度.在气动激励方面,随着铰接位置后移,转子叶片表面的压力幅值增大,相位变化剧烈,通过将非定常气动力转换到模态空间中,可以看到叶片所受模态气动力在铰接位置为35%C(C为轴向弦长)的情况下达到最大值,后呈现先减小后增加的规律,这与振动响应的变化规律一致.铰接位置对所关注的高阶局部模态的气动阻尼影响较小,最大差异为0.046%.在振动响应方面,转子叶片的振动应力随铰接位置剧烈改变,且为非单调变化.在设计位置处叶片的振动应力最小,在35%C处振动应力达到设计位置的15倍.对于本文所研究的模型及工况,最优铰接位置为45%C,与仅考虑气动性能的25%C不同.因此在变弯度导叶设计时,需要考虑其对叶片振动特性的影响.     

基于多模型的航空发动机传感器混合故障诊断方法

本文在多模型架构下,提出一种航空发动机传感器在线混合故障检测与隔离算法。利用长短期记忆网络逼近航空发动机建模误差、健康参数变化、过程噪声和测量噪声等不确定性源引起的真实发动机与机载模型之间的偏差。将传感器测量输出与不确定性值的偏差用于一种基于多模型的混合卡尔曼滤波器组算法中,利用贝叶斯方法计算每个传感器在健康模式和不同故障模式下的条件概率,然后根据最大概率准则进行传感器故障检测与隔离,克服了阈值难以选取的问题。针对某型涡扇发动机传感器发生偏置故障、漂移故障和间歇性故障的情形进行仿真验证,并对比了不同传感器之间的检测与隔离精度。结果表明：所提出的方法可以在更高水平的退化下诊断出发动机传感器常见的故障,混合方法对不同不确定性源具有鲁棒性。     

提高机务专业\"航空发动机构造\"教学效果的思考

结合机务专业\"航空发动机构造\"课的教学实践,阐述了针对课程特点激发学生学习兴趣、丰富教学手段、优化教学方法、改革作业形式、开展现场教学的重要性及其具体实施办法.首次应用三维虚拟发动机辅助教学、并引入机务维修工作中发动机结构图作为课程作业用图.本研究成果为提高\"航空发动机构造\"课的教学效果探索出了一套行之有效的方法.     

航空发动机整机振动中的不平衡-不对中-碰摩耦合故障研究

针对航空发动机整机振动分析,建立了含不平衡-不对中-碰摩耦合故障的转子-滚动轴承-机匣耦合动力学模型.在耦合模型中,考虑了机匣运动,同时,充分考虑了滚动轴承间隙、非线性赫兹接触以及变柔性VC(varying compliance)等非线性因素;在耦合故障中,建立了不平衡、不对中和碰摩故障模型.运用数值积分方法获取了系统响应,研究耦合故障特征和规律.仿真计算分析表明了该模型的正确有效性.      

考虑弹性环变形的挤压油膜阻尼器-转子系统动力响应仿真方法

为了研究弹性环式挤压油膜阻尼器(ERSFD)对转子-支承系统动力特性的影响,基于阻尼器的流固耦合交互作用,提出了考虑弹性环变形的转子系统动力学响应仿真方法.针对流固耦合特性仿真,固体域采用有限元法计算弹性环变形,流体域采用有限差分法计算油膜压力分布.将阻尼器的动力学系数引入转子系统,采用扫频法求解系统运动方程,最终得到转子系统的稳态动力响应.研究结构参数对ERSFD阻尼系数的影响发现,油膜阻尼与偏心率、轴向长度正相关,而与凸台高度、凸台个数负相关;凸台宽度在4～12 mm内存在最优值,使得油膜阻尼最大.基于参数影响规律改进阻尼器结构,并应用到转子系统后开展仿真分析.结果表明:ERSFD能够提供较大的油膜阻尼,通过降低支承外传力使得盘处的振幅减小.改进后的ERSFD阻尼更大,盘处一阶减振幅度从28%显著提升至41%.