基于试车台数据的发动机部件特性图修正

为了建立准确的发动机仿真模型,航空发动机部件特性图的准确性至关重要。基于某型涡扇发动机试车台数据,在耦合法修正发动机通用部件特性图的基础上,采用牛顿迭代法对发动机部件特性图进行多点匹配修正,并利用基于MATLAB/Simulink仿真环境自主建立的发动机稳态模型,进行发动机设计点与非设计点的性能参数计算。利用发动机试车台数据与模型计算结果进行对比,结果表明：各站位主要测量参数平均建模误差由5.163 7%降低到多点匹配后的0.529 7%;最大误差满足稳态模型误差小于3%的模型精度要求。可见修正后的发动机部件特性图精度明显提高,满足工程应用需求。     

一种简便的叶轮部件低状态特性的指数扩展方法

介绍了一种简便的航空发动机叶轮部件低状态特性的扩展方法。基于低转速泵相似理论,并考虑了空气/燃气的可压缩性影响,给出了修正的指数关系方程;针对已知的两条较低转速特性线外插得到更低转速状态的部件特性。结合已有叶轮部件特性进行有效性验证。结果表明方法具有较强的实用性、通用性和一定的精度,扩展得到的低状态部件特性可以满足发动机起动性能模拟的工程应用。     

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.     

涡扇发动机小偏差模型研究中部件特性图的运用

运用各部件特性进行涡扇发动机小偏差模型研究时,需用到风扇和压气机的通用特性图.为了解决部件通用特性图上数据不连续、不易准确获取,且不能提供物理参数相关微分信息等问题,首先提出一种改进的数学插值算法,该算法能保证特性数据插值结果及其一阶导数的连续性.然后推导给出了从换算参数微分变换到物理参数微分的计算式.实例表明,所给出的插值算法及推导的转换公式是正确、可行的.     

涡轮增压发动机二冲程制动性能

考虑到进、排气管内的压力波与涡轮增压器对发动机进、排气过程的影响,应用GT-POWER软件建立一种二冲程制动工况下的涡轮增压发动机模型,并通过对发动机制动过程仿真计算,分析发动机转速、排气门开启时刻与发动机制动性能之间的关系.仿真结果表明,在排气门工作参数一定时,发动机制动转矩、制动功率随转速增加而增大;在排气门升程曲线、第二次开启发生时刻均一定时,对应每个发动机转速,均存在唯一的第一次开启发生时刻使得制动功率最大,而且该时刻随发动机转速而变化;在排气门升程曲线、第一次开启发生时刻均一定时,第二次开启发生时刻延迟,将使得压气机运行点趋近甚至超出喘振线.     

发动机转动惯量的实验测定

发动机转动惯量是发动机系统动态模型的一个重要参数,一般需要通过试验测取发动机转速衰减曲线,再由曲线拟合而得。在文中提出一种试验曲线的全程拟合法,比以往的标定转速点拟合法可以取得更高的精度。     

民用大涵道比涡扇发动机性能分析

为了更加深入的了解民用大涵道比涡扇发动机的非设计点性能和引起性能参数变化的原因,文章通过模型民用大涵道比涡扇发动机为载体,采用部件法对其建模,然后对该模型进行仿真计算,研究了大涵道比涡扇发动机在给定控制规律下的转速特性、温度特性、速度特性和高度特性。结果表明,保持其他条件不变,增加发动机低压转子转速,耗油率先减小后增加,先减小主要因为单位推力增加,后增加主要由于油气比增加和涵道比减小,推力则不断增大;保持其他飞行条件不变,增加大气温度,在0 m高度尾喷管中的气体都能完全膨胀,由于单位推力变化量较小,内外涵道空气流量减少较多,因此推力减小;研究速度特性时发现,随着飞行速度增加,单位推力减小是使耗油率增大的主要原因,马赫数小于0.8时,单位推力减小主导了推力减小,马赫数大于0.8时,空气流量增加较大最终导致推力增加;研究高度特性,对采取低雷诺数修正的高度特性进行研究;在高度大于11000 m后,耗油率增加主要是由于低雷诺数导致部件效率降低进而引起油气比的升高,就压气机而言,高压压气机效率的下降大于低压压气机。     

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%。     

基于改进叠加法的变几何轴流压气机性能预测

压气机作为燃气轮机的核心部件,对燃气轮机及其热力循环的性能影响显著,准确预测压气机性能至关重要。该文基于通用级特性曲线,采用改进的逐级叠加法构建了一个变几何多级轴流式压气机性能预测模型。该模型针对现代重型燃气轮机压气机的变几何特点,提出了考虑入口导叶(IGV)和可变静叶(VSV)的压气机级特性计算方法。通过在引气级所对应的连续性方程中扣除引气量的方式,该模型还预测了级间引气对压气机性能的影响。与实验结果的对比验证表明：该模型不仅可准确地预测压气机整机性能及变几何结构、级间引气对压气机性能的影响,结果的相对误差最低可达0.450%,而且可得到压气机各级的几何参数和热力学参数,为后续开发压气机部件稳态和动态模型提供了基础。     

多级轴流式压气机平均模型级特性获取方法

针对压气机的级特性计算问题,提出轴流式压气机平均模型级特性的概念,并对经典的相似定律进行改进,使相似工况下各级进出口运动相似条件得到满足.在保证高转速工作区压气机特性计算误差最小化的前提下,采用最优化方法辨识平均模型级特性,结合相似模化的修正方法外推得到模型级完整特性图,进而采用逐级计算的方法重构出压气机完整特性图.新方法改进了传统外推方法,计及到空气密度变化差异和压气机转速对压气机特性的影响,充分利用已有的压气机特性数据并能够在特性线外推中更好地体现压气机自身特性.     

发动机冷却风扇叶尖参数优化

发动机冷却风扇是车辆冷却系统的重要组成部分,静压和轴功率是评价其气动性能的重要指标,而叶尖作为风扇做功的主要部分对风扇气动性能有较大影响.以发动机冷却风扇为研究对象,研究了风扇气动性能的计算方法和叶尖参数的优化方法.首先给出了风扇气动性能的计算方法,依据试验台建立风扇计算模型,利用模型仿真得到风扇在某一转速下的性能曲线,并与试验值进行了对比验证;然后以叶尖安装角、叶尖弦长、叶尖拱高为变量设计新风扇,基于正交试验法对各叶尖参数进行优化组合,给出了风扇叶尖参数的优化方法;最后通过风扇性能曲线、叶片压力图、叶片速度矢量图对优化结果进行分析,验证了优化方法的可行性.文中关于风扇叶尖参数的分析与优化方法,对发动机冷却风扇的设计具有指导意义.     

液体火箭发动机热试车的实验研究

为了考核贮存××年的液体火箭发动机的性能 ,进行了液体火箭发动机热试车的研究 .实验采用了NEFF62 0实时全数字采集系统 ,得到了在启动段、平稳段、关机段燃烧室的压力、推力、推进剂流量及压调器、稳定器出口压力等主要参数随时间变化的曲线 .对实验结果分析表明 :3次热试车数据在启动段都具有很好的一致性 ,贮存××年后的发动机仍具有良好的启动特性 ;关机段各参数的特征变化曲线非常接近 ,各参数在得到予令关机信号后都能迅速转入末级工作状态 ,并存在明显的“平台”效应 ,仍然具有良好的运载精度 ;压调器和稳定器都具有很好的调节性能 ,能满足发动机正常工作状态下的要求 .得出的结论对发动机的性能考核、设计、理论研究和数值计算都具有实际意义和参考价值     

航空发动机中转子位置跟踪的实现

本文介绍了一种应用于航空发动机上的转子位置跟踪方法,即采用霍尔传感器完成压气机转子部件的位置跟踪.试验结果表明,传感器选择及安装方式可靠,输出信号稳定且具有较高的精度.该方法可推广应用到其它相关领域.     

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。     

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。     

多级轴流式压气机静压升特性研究

对多级轴流式压气机在几个典型工况下各级静压相对于设计点静压的变化特性进行了研究。研究发现,中低转速工作条件下,压气机后面级静压的变化对发动机工况的改变不如前面级敏感,因此,按常规方法监控压气机后面级流动参数的变化难于及时发现发动机中小状态时的压气机气动不稳定征兆信号。研究表明,为提高检测压气机气动不稳定征兆的时效性,应考虑在压气机前面级安装传感器,监控中低转速下的压气机气动失稳征兆信号。     

三参数曲线插补原理

基于三参数曲线的数控加工轨迹生成方法是对目前的数控加工中刀具路径生成的截面线方法的推广,拓展了截面线方法的研究思想和研究内容.提出了三参数曲线的基本定义和表示,分析了三参数曲线的几何特性,建立了三参数曲线的几何特性和刀具运动特性之间的关系,在此基础上,运用近似泰勒级数展开方法提出了参数插补原理,进一步地提出了三参数曲线的插补原理.     

叶顶间隙对压气机非设计转速气动性能影响的试验研究

为研究叶尖间隙对压气机非设计转速性能特性与稳定边界的影响,以某大涵道比涡扇发动机的十级高压压气机为研究对象,在高转速压气机试验器上开展了试验研究.采用精细化的级间参数测量,以揭示叶尖间隙影响多级压气机级间匹配的机理.结果 表明:叶尖间隙增大后,压气机非设计转速的流量减小、效率降低,且间隙对气动稳定性有显著影响,压气机的前面级未出现压比降低的情况,后面级做功能力明显降低,间隙影响主要集中在叶高80％截面以上,使得压气机更容易进入失速状态.     

基于弯掠参数控制的压气机动叶优化设计

通过数值模拟方法对NASA Stage35单级轴流压气机原型性能进行计算,选取合理的Bezier和B样条拟合曲线控制点个数来完成压气机动叶参数化拟合,获得参数化叶型.基于人工神经网络和遗传算法相结合的优化设计体系,通过控制叶片的弯掠特性参数对动叶进行寻优计算,最终提高压气机绝热效率.对比发现,对动叶的弯掠特性进行优化可以改变激波位置,减小叶片表面附面层的分离区,优化流场通道内的流动结构,减少流动损失,从而有效提高压气机的绝热效率.     

基于ANSYS的涡轴发动机压气机设计

与涡扇发动机和涡喷发动机相比,涡轴发动机具有体积小、质量轻、轴系短等显著特点,且由于其良好的高空性能和较宽的功率范围,活塞发动机在无人直升机的应用中逐渐被涡轴发动机取代。但由于成本问题,在小型无人直升机上航空活塞发动机仍占有绝对优势,因此对小功率涡轴发动机的研究十分有必要。该文基于Gas Turb对300 kW级的涡轴发动机进行总体设计与性能计算,Gas Turb是一款能够快速分析燃气轮机性能的软件,可以用于燃气轮机的热力学设计和总体性能计算,此外,利用ANSYS的叶片造型模块对离心压气机的叶轮和叶片进行造型设计,进一步完成了离心压气机的三维数值模拟,验证了所设计的离心压气机模型的可行性。