基于自相关函数的压气机气动不稳定监测方法

对某型涡喷发动机节流过程中压气机的气动不稳定问题进行了分析研究。研究发现,对应不同的发动机工作状态,压气机第一级静子机匣壁面静压脉动分量的自相关函数形式上有很大差异,可以反映不同工况下压气机第一级转子端部的流动情况。定义了自相关函数特征值μ来量化这种变化。实时检测μ值的变化可以监测该型发动机节流过程中压气机的气动不稳定征兆。所提出的算法具有运算量小、运算速度快的优点,可用于工程实际。     

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。     

多级轴流压气机末级静子叶片串列改型方法及流动机理研究

针对多级轴流压气机末级静子叶片转折角大、角区分离严重、流动损失显著的问题,以某工业用6.5级轴流压气机末级静子为主要研究对象,提出了一种三维串列叶片几何参数化建模方法,能够实现对串列参数沿叶高分布规律、叶片弯掠等三维特征的灵活控制,以支持单列叶片向串列叶片的改型设计,并结合数值计算方法,开展了末级串列静子改型设计对压气机气动性能及内部流场的影响研究。结果表明：对6.5级轴流压气机,末级静子叶片由单列改为串列后,6.5级压气机设计工况绝热效率提高了0.965%,稳定工况范围有所拓宽;串列叶片缝隙区射流的流动局部加速作用能够抑制角区分离的周向和径向发展;相比机匣附近,轮毂附近串列参数的变化对压气机气动性能的影响更为显著,且周向交错度较轴向重叠度的影响更大。研究成果对多级环境下压气机三维串列叶片设计具有参考价值。     

多级压气机喘振边界点的通道流动特征

进行台架试验,获取了试验发动机喘振边界点的压气机通道压力信号。对压力信号进行了频谱分析,以确定喘振边界点的通道流动特征。分析结果表明,与高转速时流动状态较好的情形相比,发动机工作点处于喘振边界时,压气机第1级静子通道压力信号频率成分中,第1、2级转子叶片通过频率信号BPF1、BPF2和以550 Hz为中心的谐波成分幅值显著增强,在550Hz附近出现多根强幅值的谱线;从较高转速减速时,BPF1、BPF2的幅值先是迅速增大,随后随工作转速减小而逐渐减小,与此不同的是,550 Hz附近频率成分则是随转速减小而逐渐增强的。对试验发动机而言,所获得的喘振边界点通道流动特征可望用于压气机工作稳定性的实时监控和预警。     

一种航空发动机压气机喘振检测方法

将发动机压气机出口脉动压力作为喘振检测信号,检验分析了压气机出口脉动压力的统计特征,采用滑动窗口的Johnson转换方法对脉动压力信号进行正态转换,基于统计特征提出了适应发动机任意状态的喘振检测阈值和方法。该方法成功检测出某发动机3次喘振故障,分析得出:发动机压气机出口脉动压力不服从正态分布,稳态过程脉动压力正态转换成功率大于瞬态过程,降低样本容量可有效提高瞬态过程正态转换成功率;对于脉动压力99.95%概率分布的上、下边界距离,其幅值范围在不同转速下差异较大,且随转速增大而增大;根据提出的喘振检测量可设置适应发动机任意状态的固定检测阈值,其检测出发动机喘振及退出喘振所需时间均小于20ms。     

铝合金环形机匣零件变形控制技术研究

航空发动机低压压气机机匣类零件多为铝合金薄壁环形件,其直径尺寸大,壁薄,刚性差,机械加工中零件变形大且无规律,难以保证设计图的技术要求。本文以某型低压Ⅰ级机匣为研究对象,展开铝合金机匣加工变形控制技术研究,通过调整加工参数、增加振动时效处理、采用冷胀形毛料等工艺措施,最终使机匣满足设计图要求,解决了铝合金薄壁环形机匣变形问题。     

基于机匣应变的航空发动机碰摩故障识别

针对双转子航空发动机采用柔性机匣设计理念，提出了在进气机匣或中介机匣承力支板加装应变桥路，从机匣动应变中提取特征频率来识别发动机转静碰摩故障的一种方法。建立了简化的转子-机匣碰摩动力学模型，分析得出了双转子发动机转静碰摩特征频率，利用该特征频率准确识别出了某型发动机飞行试验中多次转静碰摩故障。理论分析和飞行试验表明：机匣应变能够灵敏的拾取转静碰摩振动信号；双转子发动机发生转静碰摩时，振动频谱中会出现mΩH±nΩL高低压转频组合频率成分，可依据该组合频率来判断碰摩故障是否发生；振动频谱中出现mΩH±ΩL组合频率成分并不能定位高压转子发生碰摩，同理，振动频谱中出现ΩH±nΩL组合频率成分也不能定位低压转子发生碰摩。     

轴流压气机旋转失速特征分析方法

鉴于压气机失速特征分析通常借助时域信号或傅里叶变换频域信号完成,较难捕捉其瞬态特征,为此将具备辨识信号瞬时细节特征的小波分析法引入轴流压气机旋转失速的特征分析中,基于节流阀模型,对某跨声速压气机转子进行了准三维非定常数值模拟,并对压气机在失速过程中静压信号的瞬时细节特征进行了小波分析.结果表明:给出的分析方法能够有效地捕捉到压气机稳态失速和动态失速过程的时频特征,可应用于压气机失速特征信号的检测和分析.     

完全跨声速风扇级概念及特性研究

针对跨声速风扇/压气机级中静子的设计来流速度都为亚声速的现状,通过数值模拟比较了不同气动负荷的4组单级风扇,认为静子来流的跨声速现象是提高跨声速风扇/压气机级气动负荷的必然结果.模拟结果还表明,当来流马赫数不超过1.33时,不采用附面层主动控制而通过已有的设计手段可以有效地控制分离区,将跨声速来流造成的静子损失控制在适当的范围.进而对跨声速静子作出了明确定义,提出了完全跨声速风扇/压气机级的概念,认为完全跨声速风扇/压气机级的设计准则与经典设计准则至少有2点不同:静子轮毂区来流马赫数可以大于1.0;静子轮毂区的扩散因子上限为0.53.     

基于模拟机匣的中介轴承微弱故障特征提取技术

中介轴承是航空发动机支承传动系统中的重要零件,其运行状态直接影响航空发动机的工作状态和运行安全。围绕航空发动机中介轴承微弱故障特征信号提取的问题,以振动信号分析和处理为基础,开展航空发动机中介轴承微弱故障特征信号提取实验。仿照某型涡扇发动机机匣结构设计加工了模拟机匣,用来模拟振动信号的复杂传递路径。基于包络谱分析和经验模态分解（Empirical Mode Decomposition）包络谱分析处理振动信号,对比二者对滚动轴承微弱故障特征信号的提取效果。实验结果表明,在中介轴承微弱故障特征信号提取中,模拟机匣可以有效地模拟振动信号的复杂传递路径,EMD包络谱分析法比单一采用包络谱分析的方法能够更加明显有效地提取中介轴承微弱故障信号。     

液环泵作真空泵与压缩机工况下的内流场及外特性分析

采用数值模拟和实验相结合的方法,对2BE型液环泵在真空泵与压缩机工况下的内流场及外特性进行对比分析.结果表明:相同的进出口压比时,压缩机体积流量小于真空泵体积流量,体积流量比和效率比均随着压比的增大而逐渐下降;真空泵和压缩机工况下内部的相态场、速度场和压力场分布规律基本一致;压缩机工况下的排气区和过渡区叶轮内旋涡二次流明显要强于真空泵工况下的,相同压比变化时压缩机工况下排气区内壁压力显著增大;液环泵壳体内壁压力的频域特性沿圆周方向存在明显的分区特征;真空泵工况下的各阶主频特性与压缩机工况下的完全一致;在各压比下,压缩机工况的泵壳体内壁压力脉动幅值整体大于真空泵工况的,随着压比的增大,压缩机工况下的排气区和过渡区壳体内壁压力脉动幅值明显增大.     

带孔式机匣处理的某工业压缩机稳态与瞬态特性实验

将孔式机匣处理方式应用于某工业离心压缩机,并对其特性进行了一系列定常和非定常实验研究.在机匣处理孔的两端,叶顶37%弦长位置和无叶扩压器内布置了动态压力传感器,在压缩机的稳定和喘振工况点进行了动态压力测试.实验结果发现,相比于实壁机匣,采用机匣处理方式后压缩机的喘振裕度约增加了10%且整机效率基本无下降.以机匣孔两端脉动压力的变化量作为指标,用于评估机匣孔内的流动方向.在近喘振点,脉动压力突然增加,此时发生的是抽吸流动.在近堵塞点,脉动压力的突变意味着旁通流动的发生.对动压信号进行信号分析发现,该实壁机匣和处理机匣压缩机在喘振前发生的都是模态失速而非脉冲失速.相比于实壁机匣,引入处理机匣后模态先兆波由于叶顶和机匣孔的相互作用得到了延迟,其失速团传播速度略高于实壁机匣的传播速度.     

流化床风帽压力波动信号相关性实验研究

在研究流化床气固两相流流化状态时,采集、分析流化床中压力波动信号是主要的研究手段之一,近来,使用风帽压力波动信号替代壁面压力信号成为研究热点。借助冷态鼓泡流化床实验装置,在不同风量下,采集布风板不同位置风帽入口静压波动信号,分析风帽整体压力信号的相关性问题。首先分析信号时域图和箱型图,然后应用主成分分析方法计算不同位置风帽压力波动信号的相关性,最后利用风压信号独立性,分析不同风量对床内流化状态的影响。结果发现:不同床料会对流化床中风帽压力造成影响;风帽的压力信号随着风量的改变仍然保持不相关性;能够利用不同位置风帽压力波动信号对床内流化状态进行监测,表明所提方法具有可行性。     

水平管段塞流气量瞬变特性试验研究

为了寻求混输管线气量瞬变过程压力、压差的变化规律,在长378m、内径80mm的水平不锈钢试验环道上利用空气和水进行了段塞流气量瞬变试验。采用压力变送器测量压力信号,将相邻两压力信号相减(上游减下游)得到压差信号,分析了气量瞬变过程中压力、压差的变化规律,从概率密度分布和功率谱密度两方面对压力、压差信号进行了统计分析。结果表明,气量增加或减小过程中会出现压力过增或过降现象;气量增加与减小过程中的压力信号的概率密度分布不同,压差信号的概率密度分布也不同。提出了更加完善的压力过增或过降值的定量描述方程。     

基于滑动概率神经网络的早期故障诊断

针对机电设备早期故障难以识别的问题，提出了一种动态的概率密度估计方法——滑动概率神经网络，用以跟踪分析测量信号的概率密度变化过程，及时发现早期故障．该网络以固定不变的抽样集作为第一层，动态滑动的测量信号作为样本层，通过求和层得到抽样集的条件概率密度估计，将样本层内测量信号的概率密度动态地投影到统一的抽样集上．将网络分解成以测量值为中心的子网络，来实现网络的递归运算，并且利用高斯函数的快速衰减特性或使用分段线性函数近似高斯函数，从而提高了网络的计算实时性．通过压缩机喘振过程数据的应用实例，表明该方法能够有效识剐故障的早期征兆．     

液压封隔器胶筒座封过程数值分析

液压封隔器是通过水力作用使胶筒在套管环空内鼓胀 ,而与套管内壁接触并产生一定接触压力 ,克服了封隔器上、下套管环空液流产生的压差 ,达到分层目的。在座封过程中 ,胶筒产生较大的几何变形 ,此时橡胶材料特性是非线性的 ,胶筒与套管内壁的接触过程也是一个状态非线性问题 ,即封隔器胶筒的座封过程是一个兼有状态、几何和材料的三重非线性问题。采用数值模拟方法 ,对封隔器胶筒压缩过程、座封后胶筒与套管的接触压力分布规律及胶筒与套管内壁之间摩擦系数对接触压力分布规律的影响进行了分析。研究结果表明 ,封隔器座封完成以后 ,上胶筒与套管的接触压力最小 ,中胶筒和下胶筒的接触压力依次增大 ,整体分布呈二次曲线形式。从单个胶筒来看 ,3个胶筒与套管接触面上的压力分布规律并不相同。上胶筒表面的接触压力呈拱形分布 ,而中间胶筒和下胶筒的接触压力呈鞍形分布。随着摩擦系数的增加 ,3个胶筒的接触压力都将降低 ,同时摩擦系数的变化也改变了 3个胶筒与套管接触压力的整体分布格局。当摩擦系数为 0 .3时 ,3个胶筒与套管接触压力最大值的变化梯度基本相等 ;当摩擦系数大于 0 .5时 ,只有下胶筒维持较高的接触压力。利用数值模拟方法 ,可以得到不同摩擦系数条件下胶筒的压缩位移与座封载荷变化的关系曲     

基于数值模拟的套管受力单因素分析

套管损坏一直是油田开发过程中的棘手难题,对套管受力及影响因素进行研究对保证套管安全具有重要意 义。考虑开发过程中储层渗流场与应力场的耦合作用,基于流固耦合理论,建立了套管水泥环围岩组合体系 的数学力学模型,根据单因素理论,通过数值模拟,揭示了套管的径向挤压力随注水压力、套管参数、地层参数和地应 力的变化规律：套管的径向挤压力随注水压力、套管壁厚、地层泊松比、弹性模量的增大而减小;随着套管弹性模量、 直径、地层渗透系数、地应力的增大而增大。研究成果将为油田套管保护和预防套损提供理论指导。