液力变矩器通用特性及其匹配方法的研究

利用系列泵轮转速及工况的试验数据,建立了一种基于液力变矩器通用特性的发动机与液力变矩器匹配模型.分析了传统匹配方法产生较大误差的来源,在有限试验数据基础上利用反向传播神经网络的拟合和泛化能力,确定了神经网络结构的隐含层节点数,建立了液力变矩器通用特性预测模型,并与传统经验修正模型进行对比.对比结果显示文中提出的方法使得特性预测精度有显著提升.在此基础上,结合发动机净外特性提出了发动机与液力变矩器通用特性匹配模型,该匹配模型考虑了泵轮转速对液力变矩器稳态性能的影响,更符合实际运行情况下发动机与液力变矩器共同工作特性,提高了液力变矩器与发动机的匹配精度.      

基于贝兹曲线的压气机特性图生成方法

精准的性能模型对发动机性能评估和故障诊断尤为重要,其精度主要决定于发动机部件特性图(Map)。这些是发动机制造商的专有信息,是在昂贵的试车测试中获得的。但同种类型发动机由于装配尺寸和制造工艺的误差,个体发动机部件Map之间存在一定区别,其中压气机Map的变化尤为明显。为此提出了一种新的压气机特性图生成方法,通过贝兹曲线的通用方程来表示压气机的转速特性线,将控制贝兹曲线形状的控制点参数表示为无量纲转速的多项式函数,以完成压气机特性图上转速特性线的生成过程。最后利用发动机试车数据,在建立的涡扇发动机性能模型上进行了验证,并对比了使用不同控制点参数对模型精度的影响,结果表明该方法可以有效提高发动机性能模型的准确性。     

基于转速控制的柴油机动态特性建模与仿真

为了仿真柴油机动态特性,建立了基于转速控制的柴油机模型.基于台架稳态试验数据计算得到柴油机扭矩MAP图,并通过动态修正方法获得柴油机动态扭矩;划分了柴油机运行状态,采用基于油量的控制方法,分别设计了全负荷、部分负荷和限速工况下的控制策略;在Matlab/Simulink环境下建立了柴油机仿真模型,集成传动相关总成建立整车动力学模型,并进行了两种工况仿真,仿真与试验结果表明：模型设计合理,有效模拟了柴油机稳态及瞬态工况;所提出的建模方法解决了在有限试验数据下的发动机动态特性建模问题,研究结果可为快速建立柴油机动态性能预测模型提供参考.     

发动机加速过程的优化建模方法研究

航空发动机数学模型通常使用部件法建模,这种方法算法较为复杂,收敛性差,且实时性差,因此建立适合半物理实验使用的数学模型比较困难。本文提出这种建模方法是基于发动机的稳态试车数据,主要研究动态过程中,供油量与发动机主要参数的对应关系。该程序算法易懂,实时性好,计算效率高。计算机仿真的结果与试车数据基本一致。通过分析某型发动机半物理试验结果,表明该数学模型可以满足实验需求。     

飞机辅助动力装置引气特性计算方法

作为飞机环控系统与主发动机起动的气源,以目前广泛应用的带负载压气机结构APU(Auxiliary Power Unit)为研究对象,进行引气特性计算模型与计算方法研究。首先介绍了APU结构与引气工作特点,然后分析了建模时喘振控制阀SCV(Surge Control Valve)控制方法与APU共同工作机理,最后采用部件法建立了该类型APU引气计算数学模型。以某型APU为对象进行数值仿真并与实际试车数据比较,计算误差小于3%,表明所采用的建模方法是正确的,所建立的模型能够满足工程需求。      

小转速工况下轴流涡轮非设计性能预测方法

基于轴流涡轮部件设计点气动参数与相应几何尺寸,发展了一种计算现代涡扇发动机高、低压涡轮部件特性逐排计算方法,完成了相应的计算程序编制;并将其应用于两个型号发动机高压涡轮部件特性预测.计算结果与实验数据比较表明,作为一种近似方法具有可接受的工程精度,尤其适合于预测发动机涡轮部件小转速状态特性,为现代涡扇/涡喷发动机起动过程模拟与分析提供了模型基础.     

航空发动机润滑系统滑油压力仿真计算

利用英国商用流体系统仿真软件FLOWMASTER,对某型航空发动机润滑系统滑油压力进行了数值仿真,数值仿真以节点压力网络算法为基础。经过结构分析,建立了由润滑流路仿真元件与节点组成的网络模型,给定地面试车实验条件,对润滑系统压力特性进行仿真,得到了稳态情况下润滑系统内部滑油压力分布情况。结合试车数据,对影响发动机润滑系统压力特性的结构影响因素进行了分析,给出了该型发动机润滑系统结构的改进建议。     

频域内海洋资料浮标水动力特性的仿真研究

为研究海洋资料浮标的水动力特性,建立了频域内的运动微分方程,并基于势流理论,仿真了浮标模型在波浪中的运动,与模型水池试验结果进行比较,发现在共振区域内仿真结果的误差较大。为提高仿真精度,利用模型的横摇衰减试验,获得了浮标模型的阻尼系数,并对仿真模型的阻尼矩阵进行修正。修正后的仿真结果与试验结果对比,仿真精度大为提高,平均误差不超过3%,满足工程应用的要求。     

性能衰退对发动机控制计划拐点的影响

在双转子涡轮风扇发动机的使用过程中,发动机控制计划拐点可能发生改变,这一改变会对发动机性能产生影响。为研究航空发动机性能衰退后对发动机控制计划拐点的影响,采用部件特性修正航空发动机部件级模型的方法,应用发动机大修厂出厂前和维修前试车数据对发动机部件级模型进行修正;构建个性化单台发动机衰退后模型,分析了控制计划拐点提前及主要部件衰退对发动机性能的影响。对发动机部件性能衰退情况进行研究,分析了排气温度的变化情况,发现随着涡轮风扇发动机部件的衰退,排气温度升高,将导致发动机控制计划拐点前移。结果表明,发动机性能衰退后,发动机控制计划的拐点会大幅度前移;控制计划的拐点前移将导致起飞时发动机最大状态的推力损失量增大到未衰退时的3.65%;相较于发动机性能衰退但不考虑控制计划变化,推力降低0.5%。     

基于CFD的大口径锥管浮子流量计结构设计

应用计算流体动力学(CFD)方法,利用"浮子受力平衡度误差分析法"逐步调整入口流速,控制计算精度,对锥管浮子流量计的三维湍流流场进行数值计算,设计出满足设计目标要求的大口径、大流量的金属锥管浮子流量计.为了进一步验证仿真数据的准确性,建立了与实验用流量计结构参数、浮子高度完全相同的6个流量点数值计算模型.物理实验和数值计算数据对比表明,数值计算获得的各流量点的均方根误差仅为1.42%,可以用CFD方法设计浮子流量计的结构参数.     

大型船舶柴油机性能模拟及优化计算

在Matlab仿真环境下建立了某大型低速二冲程船用柴油机的零维模型,并利用柴油机推进特性的实验数据验证了模型的准确性.基于仿真模型,分析了不同压缩比和燃烧始点对柴油机标定工况下主要性能参数的影响.利用Isight-Matlab联合仿真优化平台,以柴油机油耗为优化目标,以最高爆发压力、最高爆发压力与压缩压力之差、最高燃烧温度和排气温度低于限制值为约束条件,对标定工况下柴油机的压缩比和燃烧始点进行联合寻优.仿真计算结果表明,标定工况下柴油机的经济性和动力性均有一定改善.     

起飞转弯爬升梯度损失分析

起飞转弯爬升会降低飞机的爬升能力,影响起飞安全,为了保障越障安全,需要详细确定梯度损失。通过动力学模型推导出转弯爬升时的梯度损失计算公式,揭示了试飞数据内在原理,分析了固定坡度角转弯、固定转弯半径转弯的梯度损失影响因素和转弯对起飞限重的影响。利用最小二乘法拟合了极曲线参数,计算了某机型的梯度损失数据,与试飞数据相比,计算结果平均偏差不超过0.73%,标准差不超过1.54%。可用于飞机离场程序设计、飞行性能的快速计算以及四维航迹预测。     

燃料电池阴极空气过滤器对SO2的化学吸附仿真

化学吸附性能是燃料电池发动机阴极空气过滤器设计的主要参数之一.通过采用实验和计算机仿真的方法,研究了SO2在过滤器内的化学吸附行为,建立了平衡吸附量-初始进气体积分数-空气流速的三维数学模型.根据吸附模型编写了用户自定义函数作为约束条件方程,运用FLUENT软件对过滤器吸附SO2体积分数分布进行仿真研究,并成功应用于过滤器的结构设计.通过对5 kW燃料电池发动机空气过滤器的仿真,可以清晰地模拟SO2在过滤器内的吸附过程,预测过滤器的失效时间为1 203 h.     

基于DOE设计的曲轴结构优化

曲轴是发动机中的重要零件,将活塞的往复运动转换为旋转运动.曲轴强度直接影响发动机的可靠性及使用寿命,而结构参数直接影响曲轴强度.在同一边界条件下,研究7个曲轴结构参数单因素变化对曲轴强度的影响;通过部分因子试验确定影响曲轴强度的主效应参数;利用响应面设计研究主效应因素多参数变化对曲轴强度的影响.结果表明:平衡重大端半径、连杆轴颈长度、平衡重厚度、主轴颈圆角4个参数是影响曲轴强度的主效应因子;应用响应面法优化设计曲轴强度,优化后曲轴应力最小值为86.592 MPa,较原模型减少31.3%.     

STOVL型战斗机变循环发动机性能数值模拟

针对短距起飞垂直降落型(STOVL)战斗机的发动机特性进行分析。在常规双轴涡扇发动机性能模拟程序的基础上, 添加了升力风扇与滚转控制喷管部件模块, 并加入了尾喷管喉道面积、模式选择阀门面积和低压涡轮导向器面积等调节变量, 编写了带升力风扇的变循环发动机整机性能数值模拟程序, 选取超音速巡航状态设计点, 确定设计点各参数, 计算分析了带升力风扇的STOVL型变循环发动机在超音速巡航状态、海平面静止状态及STOVL状态的性能参数。研究结果表明:这种创新的变循环推进系统, 通过改变发动机有效涵道比, 提供了较大的推力增加, 同时降低了耗油率。     

内流场环境的方程式赛车进气歧管优化设计

发动机进气系统作为制约整车动力系统主要性能的子系统,成为进行车辆动力性能提升中设计优化的关键之一。基于此,研究开展了赛车环境下进气歧管相关尺寸参数对进气效果的分析。基于已有发动机实体,研究首先构建了完整的发动机数字分析模型获得理论分析的基准尺寸参数,而后耦合发动机其他性能指标参数,通过发动机台架试验验证仿真结果的准确性。最后,通过单因素变量控制法定量分析进气歧管长度与内径等几何参数变量对进气歧管在发动机设计性能影响的具体关系。结果表明基于数字模型分析的结果具有较高的力学逼真度,研究可以为后续赛车以及乘用车设计中发动机行性能提升提供参考。     

基于状态监控数据的航空活塞发动机故障诊断

针对某型航空活塞发动机空中功率迟滞和地面停车故障,提出一种通过飞行动态模型还原、数据推理和比较法相结合的故障诊断方法。以美国莱康明发动机和GARMIN 1000飞行数据为研究对象,利用Google Earth和FLIGHTDATA运用航段坐标和姿态数据还原飞机故障航段轨迹,结合EGVIEW发动机数据处理软件分析发动机运行中采集的各项数据,研究故障发动机典型数据特征,并基于故障时段发动机余气系数的计算结果判断故障发动机实际工况。结果表明：发动机故障发生时严重富油,通过对燃油调节器结构原理的剖析和地面测试台对其的性能测试,确定了两起发动机故障同源且均与飞行操纵、燃油调节器慢车性能参数超标和慢车活门结构设计有关,同时验证了利用状态监控数据进行故障诊断的有效性和准确性。     

涡扇机船用化改装性能的分析研究

本文从试验方案的设计、试验数据的拟合整理、试验结果的分析研究等方面探讨了涡扇机改装工作问题。文中提出设计方案的试验结果可通过本文提供的非线性最小二乘拟合程序得出总体性能参数间的解析关系式。文中还建议通过拟合方程式求出的数据可整理成地毯形图,它是预估和探索最佳改装性能的有效途径,具有一定的实用参考价值。本文最后以某型涡扇机改装为实例,通过地毯图的分析得出该机在大气温度300K 下发出功率为11032. 5kW 时的最佳改装方案。     

多体动力学仿真在柴油机平衡性预测中的应用

为了消除作用在柴油机机体上的不平衡一级往复惯性力,提出了一种基于多体动力学仿真技术的方法,通过振动分析来评价发动机的平衡性是否达到预计的设计目标.建立了柴油机的动力学模型,根据设计结果设定平衡轴的参数,对某单缸柴油机不安装和安装一级平衡轴100%平衡一阶往复惯性力的平衡轴进行仿真,结果表明:安装一级平衡轴后,各悬置3个方向的一阶振动速度明显降低,有助于改善整机的NVH(噪声、振动、舒适性)性能,仿真结果与实验结果基本符合.