非可展直纹抛物面及其在径流式透平机械导风轮设计中的应用(最终报告)

本文详细地讨论了非可展直纹抛物面的几何性质。此面可用来形成离心压气机和向心透平的导风轮叶片。文中推导出径流式叶轮导风轮进(排)气边的几何角β_g的计算公式。介绍了一种机械加工此种叶型的方法。此外还讨论了一些有关使用方面的问题。     

长短叶导风轮对增压器性能的改善

通过计算分析，探讨了长短叶片对压气机流道性能的各种影响，并阐述了设计长 短叶导风轮应考虑的主要因素．经过计算求解的长短叶流道中的速度分布可以为检验 长短叶导风轮性能提供科学依据。试验证明，在一定条件下，设计合理的长短叶导风 轮可使高压比增压器的压气枫效牢及压比得以提高，稳定工作流量范围有所扩大。     

机匣处理对离心压气机激波与泄漏涡干涉的影响

跨声速离心压气机间隙泄漏涡与激波相互干涉对压气机性能有重要影响.采用CFD方法对设计的跨声速离心压气机进行数值模拟,分析了激波与间隙泄漏涡的相互作用,研究了自循环机匣处理开缝位置对激波/间隙泄漏涡干涉的影响.结果表明:导风轮叶尖泄漏涡与激波干涉是压气机失速的重要诱因;机匣处理开缝位于分流叶片附近可扩大堵塞流量,开缝位于主叶片前缘附近可改善小流量时压气机特性;较大气体回流量可增加叶轮进口轮缘附近气流的正预旋,降低叶轮进口相对马赫数,减弱流道激波和叶尖泄漏涡;流经机匣处理槽的气流量较小时,具有微喷气或吸气效应,能抑制间隙泄漏涡,推迟压气机失稳.     

基于模态分析的航空发动机压气机工作叶片结构裂纹检测

压气机工作叶片是航空发动机的重要部件之一,但是叶片工作环境恶劣,常常产生裂纹,降低了发动机性能。论文以ANSYS9.0软件对无裂纹的、存在不同位置和程度裂纹的压气机工作叶片建模。采用模态分析方法,计算不同模型的振动模态参数,如固有频率和振型,分析模态参数的变化,检测各种压气机工作叶片裂纹位置和程度。这种结构裂纹的检测方法易于工程人员快速地获得压气机工作叶片的工作状态,及时进行维修或者更换,提高处于恶劣工作环境下的压气机工作叶片的可靠性和安全性。     

某型航空发动机压气机叶片振动静频与动频的关系

以某型航空发动机压气机四、六级叶片为研究对象,考虑发动机实际工作时的温度及叶片扭向的影响,首先计算了压气机叶片振动的静频值及发动机特定转速下的动频值。通过函数拟合,得到了压气机叶片振动的动频与静频及发动机转速的关系式,给出了在更接近于实际工作状态下计算某型发动机任意转速下叶片动频的方法,指出了所得关系式与传统关系式相比,其优点在于既包括了温度的影响又恰当地反映了叶片扭向的影响。     

航空发动机某型号压气机叶片固有频率的研究

利用有限元法对航空发动机某型号压气机叶片的前二十阶固有频率进行了计算，并通过实验测出了叶片的前四阶固有频率，计算值和实测值基本吻合，为进一步分析叶片的振动响应和确定该型叶片的工作范围提供了依据。     

固支状态对压气机叶片自振频率计算结果的影响

以某型发动机压气机四、六级叶片为例，采用有限元数值计算方法，探讨了固支状态对叶片自振频率计算值的影响。得到的结论是：对于叶片的前七阶振动，通常的叶片固支状态对叶片自振频率计算值几乎没有影响。     

空间导叶的计算机辅助设计

本文根据一元流动理论对空间导叶进行电子计算机的辅助设计,主要内容包括:轴面图及流道检查、分流道和扭曲三角形法叶片绘型。     

某航空发动机压气机叶-盘耦合振动分析

基于循环对称结构模态分析基本理论,建立并验证压气机叶-盘结构耦合振动特性分析方法和流程。在能够线性求解的前提下,考虑叶-盘间实际连接情况,不忽略叶片榫头与轮盘榫槽间应力状态对振动特性的影响。选取某民航发动机高压压气机第三级叶-盘结构为分析对象,提取结构特征参数,在ANSYS软件中建立起叶-盘结构的三维有限元模型,并进行耦合振动仿真分析。首先计算该叶-盘结构在不旋转工况下的频率和振型,然后计算其在常用转速工况下存在预应力时的频率和振型,分析得到离心载荷对频率和振型的影响规律。最后分析其行波振动特性,计算3节径1,3,5阶行波节径振动频率。考虑外缘叶片受到周期性气体力对叶-盘的激振影响,画出共振特性曲线,为后续结构分析和排故提供依据,同时也为压气机叶-盘结构的振动特性分析提供了便于工程应用的方法。     

压气机动应力测试的叶-盘耦合分析方法

为评估发动机压气机转子叶片的振动特性和工作可靠性,基于循环对称结构模态分析基本理论,建立了大叶片在轮盘装配条件下的耦合振动特性分析方法。以压气机某级为研究对象通过循环对称建立叶-盘耦合结构有限元模型,得到叶-盘系统在静态和工作转速下的模态及应力分布,并通过与实验结果的对比验证了该方法的可靠性。利用Campbell图确定了叶片的危险转速,并评估特定转速下系统频率裕度,为压气机工作叶片动应力测量提供数值仿真技术支撑。     

用全息干涉术及有限单元法测定叶片的振幅及振动应力

本文提出一种测算压气机叶片的振幅及振动应力分布的新方法。这种方法是将激光全息干涉术及有限单元法相结合,即根据叶片振动全息照片上的干涉条纹计算三维位移场,再根据位移场用有限单元法计算应力场。根据实测结果,本方法具有一定的精度,特别对高阶振型比常用的电测法有不少优越性。     

水平轴风力发电机塔架的振动模态分析

根据多自由度模态分析理论,对水平轴风力发电机塔架的振动模态进行数学建模和仿真.运用次空间迭代法对模型进行数值计算,分析塔架在自由振动时的力学特性,获取塔架的固有频率和振型.结果表明,塔架的一阶固有频率高于叶片通过频率,属于刚性塔,不会因风轮激励而产生共振;依据振动理论,塔架振动过程的能量主要集中于一、二阶频率处,而一、二阶振型均为摆振,因此摆振是塔架的主要振动方式,是引起塔架疲劳破坏的主要原因.     

客车垂向悬挂参数选择——六个自由度振动系统的计算

本文应用振动理论,对六个自由度的客车垂向振动进行分析计算。为便于用电子计算机求解,对运动微分方程组进行数学处理,编出了计算通用程序。应用本程序,对目前我国正在研制的电动车组转向架及正在运用中的四种客车转向架进行了数值计算,提出了参数选择和改善振动性能的建议。     

两个离心压气机叶轮的设计与性能比较

采用离心压气机计算机辅助集成设计系统,设计了两个不同子午形面和叶片角的离心压气机叶轮.对这两个离心压气机叶轮内部流场进行了三维粘性计算,给出了计算结果.计算结果表明,在一定范围内,降低叶片轮缘-轮毂方向的负荷可以提高叶轮效率,后加载方式可以改善离心压气机叶轮性能.叶轮进口尺寸相同的情况下,子午形面和叶片角的变化对叶片负荷分布有较大影响.     

可转导叶轴流压气机的变工况特性估算

本文给出可转(变几何)导叶多级轴流压气机变工况特性估算的一种适宜程序运算的计算方法。流动分析基于流线曲率法,流动损失和气流角的计算取自NASA 试验数据。再者,根据由工厂给出的压气机在额定转速下的试验数据引入附加流动损失和落后(偏离)角修正系数。用此新法计算了一台带可转导叶的15级轴流压气机,计算表明与试验结果相当吻合。     

海上风力机随机风场模拟及风振响应分析

为研究海上风力机的风振特性,进行风力发电塔-轮系统的随机风场模拟和风振动力响应计算。采用谐波叠加法模拟塔架和风轮的来流风速时程,进而基于改进的叶素-动量理论(MBEM)模拟考虑风轮和塔架相干效应、风轮旋转效应的风轮脉动风速时程。结合已提出的柔性结构风振精细化频域计算方法"一致耦合法",对海上风力发电系统结构进行风振动力响应和风振系数计算。研究结果表明:海上风力发电塔-轮系统的风振动力响应以共振效应为主,但背景响应和耦合项不能忽略,风振呈现多模态耦合和多振型响应2个显著特征;系统风振系数的分布差异较大,其中风轮尖部最大(2.35),塔架中下部位最小(1.40)。     

车用涡轮增压器压气机叶轮几何参数优化设计和性能分析

针对车用涡轮增压器,研究了压气机叶轮几何参数的优化设计方法,分析了几何参数对压气机性能的影响,建立了压气机设计系统几何参数的优化策略.通过具体实例计算,对比了不同参数对叶轮性能的影响, 通过调整叶片的进出口角度、进口直径、出口宽度以及正确选择叶片出口叶尖间隙等措施进一步提高了压气机性能.所建立的叶轮几何参数优化选择方法,可用于车用涡轮增压器离心压气机的几何参数优化和性能预测.     

基于预应力模态综合法的失谐叶片减振优化

为了降低失谐导致的叶盘系统的振动局部化程度,以预应力模态综合法建立航空发动机压气机叶盘系统有限元缩减模型,计算了不同模态截断数下的固有频率,通过对比分析获得了在满足计算精度前提下的最小模态截断数,缩减了整体模型的自由度数.在该缩减模型的基础上提出一种叶片减振排布优化算法,该算法每次迭代计算时只生成叶片位置发生变化的子结构,而其他叶片的数据文件不动.结果表明,该优化算法兼顾了模型精度和计算速度,能大大降低叶片振动幅值,使叶盘系统振动局部化程度明显降低.     

离心泵叶轮的计算机辅助设计方法

本文是根据一元流动理论对离心泵的扭曲叶片叶轮进行“电子计算机的辅助设计”,主要内容包括:有关参数的计算和确定,轴面图的绘制及流道检查,平面方格网叶片绘型。     

导叶对涡轮型垂直轴风力机气动性能的影响

针对传统垂直轴风力机效率低的缺陷,阐述带导叶垂直轴风力机的结构优势,并分析导叶对涡轮型垂直轴风力机的作用。应用计算流体力学理论,在设计风速12 m／s下,采用滑移网格技术及 k-ε 模型对有、无导叶两种涡轮型垂直轴风力机的气动性能进行比较。研究表明,导叶可以有效降低由于来流对逆风区叶片吸力面的直接冲击而造成的阻力扭矩,也会负面影响顺风区叶片的性能,但其负作用效果远不及在逆风区挡流降阻的正作用效果,故加导叶后风轮的性能会有很大提高。带弧线形导叶涡轮型垂直轴风力机最大风能利用系数可达0.24,具有工作范围广、最佳尖速比大的特点。