某型小涵道比涡扇发动机风车状态性能模拟

风车特性是航空发动机使用过程中必须考虑的,为了更准确的研究空中启动性能,有必要对风车状态进行深入研究.由于在风车状态当压比小于1.0时,表征部件特性的效率将不再合适,而且在低转速附近换算扭矩与换算流量的关系为斜率为负的平行直线.利用换算扭矩来代替效率,并结合简单的部件匹配模型得到某涡扇发动机不同马赫数下的风车特性.从计算结果来看,给出的参数变化趋势合理,可供飞行试验参考.     

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.     

小型大涵道比涡扇发动机起动过程仿真研究

航空发动机的成功起动是其顺利进入正常工作状态的前提。为研究某小型大涵道比涡扇发动机在不同环境条件下的起动特性,在获得该发动机部件高转速特性的基础上,发展各部件的低转速起动特性,建立了小型大涵道比涡扇发动机起动数学模型。然后利用起动数学模型编写相应的程序进行数值模拟,并将模拟结果与试验台数据进行对比,结果表明所建立起动模型能较为准确的模拟小型大涵道比涡扇发动机的起动过程。最后,利用已建立的起动模型研究了小型大涵道比涡扇发动机起动特性的影响因素。     

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。     

叶轮冲角变化对叶轮效率的影响

 可调喷嘴涡轮通过调节喷嘴环的转角,改变涡轮的流通面积,使涡轮的流量特性和效率特性发生变化,从而使涡轮与发动机在较宽广的工况范围内保持良好的匹配.叶轮冲角发生变化时,对叶轮效率影响很大.运用三维数值模拟技术,对JK90S可调喷嘴涡轮叶轮冲角进行了数值计算和流场分析,研究叶轮冲角变化对叶轮效率的影响.结果表明,在不同的油门和不同的发动机转速下,叶轮的最佳效率对应的叶轮入口冲角不同.在发动机100%油门开度时,叶轮的最佳效率冲角约为-45°;在发动机50%油门开度时,叶轮的最佳效率冲角约为-35°.小于最佳效率冲角时,叶轮效率迅速下降;大于最佳效率冲角时,在一个较宽广的冲角范围内叶轮能维持较高效率,随着发动机转速的提高,叶轮高效区的冲角范围逐渐变窄.     

车载燃料电池低比转速离心压气机设计

设计了普通高速(20 000 r·min-1)电机驱动的车载燃料电池低比转速离心压气机.总结了压气机设计特点,并利用三维数值模拟计算(CFD)技术初步研究了压气机叶轮内部流场,得到了相应的特性曲线与主要气动参数分布.根据数值模拟分析,所设计的车载燃料电池低比转速离心压气机具有较高的效率和较宽广且平坦的工作特性,叶轮在设计转速下最高效率达83%, 最高压比达1.6, 流量范围在 0.05～0.20 kg·s-1.所设计的低比转速离心压气机,能满足车载燃料电池空气系统对于压气机的要求,同时避免了采用高比转速离心压气机所需的超高速电机所带来的问题.     

航空发动机两级燃油泵振动特性的影响因素

为了解承受离心、油液扭矩载荷的燃油泵装配体结构振动特性及影响因素,选取某航空发动机两级燃油泵转动部件为分析对象,基于通用有限元软件平台建立两级燃油泵转动部件装配体结构、单个低压级叶轮的三维有限元模型.根据两级燃油泵在最大起飞工作状态下的工作参数,计算出其转动部件受到的离心、油液扭矩载荷,再利用有限元软件计算了转动部件装配体结构、单个低压级叶轮在无外载荷作用下的、只有离心载荷作用的、只有油液扭矩载荷作用的、离心和油液扭矩载荷同时作用的自振频率和振型.通过对计算结果的对比分析,发现了离心载荷、油液扭矩载荷、构造(转动部件装配体或单个零件)因素对两级燃油泵转动部件频率、振型的影响规律,对其他与油液有相互作用的旋转部件振动特性的计算和分析具有重要指导意义.     

3叶片离心泵内流场的PIV测量

采用加大设计流量的方法设计了一副3叶片低比转数离心泵叶轮,利用2DP IV系统测量设计转速时4种不同流量工况下同一叶槽内的流场,获得了叶槽内的瞬时流场图,进一步处理得到流场的速度矢量图和等值线图.测试结果表明,叶槽内部的流动呈非对称状态,在进口部位压力面存在局部低速区,可能产生回流.此项研究为改进叶轮设计方法提供了依据.     

汽油直喷发动机燃烧特性分析

通过试验研究了2.0 L汽油直喷(GDI)发动机在中、低转速和部分负荷下的燃烧特性,并与进气道喷射(PFI)发动机的燃烧特性进行了对比,同时分析了滚流比对GDI燃烧特性的影响.结果表明:在转速为2 000 r/min、平均有效压力为0.2 MPa的工况下,GDI发动机的燃烧速度要低于PFI发动机的;发动机在中、低转速工况下,提高气道滚流比可以增强缸内气流运动强度,提高混合气的燃烧速度;当发动机转速达到3 000 r/min时,高滚流比会引起燃烧过程恶化.进气道翻板的应用可以提高低转速发动机的气流运动速度,加快缸内混合气的燃烧,改善低转速发动机的热效率.在转速为2 000 r/min、平均有效压力为0.2 MPa工况下的计算流体力学分析结果显示,进气道翻板的关闭会增强缸内气流运动强度,提高可燃混合气分布的均匀性.     

对旋风机两级叶轮等功率第二级叶轮变转速匹配研究

为了改善对旋风机在非设计工况时的性能,提出了两级叶轮等功率、第二级叶轮变转速匹配运行方法,即在工况变化时,调整第二级叶轮的转速,使第二级叶轮功率始终与第一级叶轮功率相同。利用理论分析、数值模拟和实验研究的方法,分析了对旋风机在两级叶轮等转速运行和第二级叶轮变转速匹配运行时的特性。研究表明:等转速运行时,第二级叶轮压升与功率受流量变化影响剧烈,导致小流量工况时第二级电机过载烧毁及大流量工况时风机压升与效率迅速下降;第二级叶轮变转速匹配改善了第二级叶轮的功率、效率特性,使对旋风机的压升特性更加平稳,由此减小了小流量工况时第二级叶轮的负荷,增大了大流量工况时第二级叶轮的压升与效率,风机的高效工作范围由33.18%拓宽至37.88%,阻塞工况裕度由36.9%拓宽至48.2%。     

定容积放出法中几种数据处理方法的对比

为准确得到电磁阀的声速流导,把多变指数引入放气法测试气动元件流量特性的数据处理过程.首先介绍了3种数据处理原理:部分多变指数法、完全多变指数法和等熵绝热法;然后对一个电磁阀的放气压力曲线分别用这3种方法进行数据处理,计算得到放气电磁阀的声速流导.对比的结果表明:完全多变指数法的精度最高,基本收敛于一定值,但其测试和数据处理过程比较复杂;部分多变指数法比等熵绝热法得到的声速流导随时间的分散度可以提高1倍,能较准确地得到电磁阀的声速流导.在实际测试中,由于部分多变指数法测试简便并且结果相对比较准确,故有很高的应用价值.     

某航空发动机高压压气机盘的振动特性分析

基于含预应力结构模态分析的有限元理论,对某典型航空发动机压气机盘进行振动特性分析。根据初始设计参数,在通用有限元软件中建立起盘的三维有限元模型。首先计算了盘在不旋转时的频率和振型,然后计算了盘在常用转速下存在预应力时的频率和振型,并分析了离心负荷对盘固有振动特性的影响。最后分析了盘的行波振动特性,计算了节径振动的行波频率,考虑盘外缘叶片受到的周期性气体力对盘的激振影响,画出共振特性曲线,为后续结构分析和排故提供依据;同时发现盘的驻波临界转速高于盘的最大工作转速,表明该盘不会发生驻波共振,对保证该发动机的可靠工作具有重要意义。     

外推式高温测量的一种新方法

针对两点法、三点法、微分法、多点温度法、对点的对数法等［４］在动态高温测量中存在的不足,如：测量误差大、抗干拢能力弱、模型演算复杂、热惯性系数慢变性等对推算结果影响大,提出了一种在简化模型的基础上,利用最小二乘原则估计稳态温度值的方法．该方法由于引用了最小二乘估计理论,其算法使热惯性系数的慢变性原则上不影响估计精度;同时该算法模型简单,使用的数据量也不大,比较适合在实际中应用．仿真研究结果表明,在一定条件下,该方法估计精度较高．     

广义差分法的外推

本文就椭圆边值问题的广义差分法给出了一种外推算法,可将逼近精度提高一阶。     

序列图像运动目标检测的一种快速算法

研究了序列视频图像中运动目标的检测与跟踪快速算法．研究基于Kalman滤波理论的渐消记忆最小二乘法，用该方法重建背景图像；采用图像差分算法提取运动目标；提出简化的等效灰度投影算法来计算目标的质心；采用记忆外推跟踪算法实现图像目标的跟踪，并且对全部算法做了仿真．仿真结果表明算法简单、有效、执行速度快、具有很强的适应性，能够用于单镜头序列图像中运动目标的检测与跟踪．     

基于D-S证据理论和RBF网络的航空发动机叶片损伤图像识别技术研究

针对航空发动机叶片损伤图像采集过程中存在的不确定性因素及单一RBF网络或D-S证据理论在叶片损伤图像识别中存在的不足,提出一种基于D-S证据理论和RBF网络相融合的决策级信息融合损伤图像识别算法。首先,用RBF网络对损伤图像进行初步识别;然后,将RBF网络识别输出结果作为D-S证据理论的基本可信度分配;最后,利用D-S联合规则进行合成,得出最终识别结果。通过单一优化RBF网络的图像识别结果和融合识别结果的对比分析,证明了该方法在航空发动机叶片损伤图像识别方面的优越性。     

结合定性知识的定量贝叶斯模型外推方法 

针对新设计域中试验数据有限而难以进行模型验证的问题,提出了定性知识与定量贝叶斯推理相结合的模型外推方法.其中,量化方法用于将领域专家意见等定性知识转化为先验概率;贝叶斯网络及限定抽样范围的蒙特卡罗方法用于定量推理,并通过贝叶斯区间假设检验的贝叶斯可信度提供模型外推结果.对Sandia国家实验室某静态力学结构的研究表明,该方法能有效实现新设计域不确定性系统的模型可信度外推.     

榫连接结构叶片盘振动特性研究及验证

针对航空发动机榫连接结构叶片盘振动特性分析时,采用一体化处理建模方法导致计算精度降低的问题,开展了榫连接结构叶片盘振动特性研究.提出了一种考虑榫连接刚度的叶片盘建模方法,以燃气涡轮叶片盘对象,采用上述方法完成了考虑榫连接刚度的燃气涡轮叶片盘建模,在此基础上进行了叶片盘振动分析并开展了动应力试验验证.结果表明:采用考虑榫连接刚度的叶片盘模型得到的叶片共振转速计算精度在6％以内,相比于榫连接结构一体化的叶片盘模型,得到的共振转速计算精度提高50％.研究工作可为航空发动机叶片盘振动设计提供指导.     

某型涡扇发动机中介轴承微弱故障特征信号提取技术

研究航空发动机在降转速过程中中介轴承微弱故障特征信号的提取技术,提出了一种基于计算阶次分析、三次样条插值分析与包络谱分析相结合的新方法。基于滚动轴承模拟故障实验和航空发动机中介轴承微弱故障实验测得的降速工况下的转速信号和振动信号,首先对转速信号在时域内积分获得角位移-时间信号;再对该信号进行线性插值获得等角度间隔的角位移-时间信号;然后利用该时间序列对振动信号进行三次样条差值获得等角度间隔分布的重采样振动信号;最后对重采样振动信号进行包络分析及快速傅里叶变换获得阶次包络谱。通过两种实验分析表明该方法能有效提取出复杂路径下航空发动机中介轴承微弱故障特征信息。该方法为航空发动机中介轴承微弱故障特征信号提取提供了一种重要手段,具有广泛的应用前景。     

混沌的复杂度研究方法和Logistic映射分析

研究和评价了混沌复杂度3种定量分析方法——Lyapunov指数、分维、测度熵,及其它们之间的内在联系,并研究了一种简单有效的测度熵替代方法——近似熵(approx im ate entropy)方法.应用以上方法对Log istic映射复杂度进行了分析.结果表明Lyapunov指数和测度熵的值与复杂度基本呈线性关系,分维数与复杂度的函数关系尚难确定,且与Lyapunov指数、测度熵之间的关系也不明确.