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.     

高压涡轮叶尖压力侧开槽对气动换热特性的影响

带凹槽涡轮叶尖相比平叶尖会有更低的气动损失,然而在腔底的前半部分区域存在着高换热系数区。为了解决这一问题,通过研究凹槽叶尖压力侧设计槽结构对涡轮气热性能的影响,结合实验和数值模拟结果,结果表明具有压力侧槽结构的凹槽叶尖相比于没有槽结构的凹槽叶尖,高换热区面积减小,气动效率提升。同时,研究不同大小的槽对气热性能影响,结果表明通过槽进入腔内的气流量会大幅影响叶顶间隙和腔内的流场,叶尖区域换热及气动性能随着槽的大小的改变而不同。     

张氏红山茶叶片适应于环境的解剖特征

张氏红山茶Camellia changiiYe是一年多次开花的植物,它具有全缘、倒卵形的叶,其异面叶具有异型结构的特点:叶的上表皮由1层偶见2层、下表皮由2层细胞组成复表皮,角质膜上覆盖着颇厚、透明的蜡被层;气孔器主要分布在下表皮,气孔口略凹陷,保卫细胞外面常由3个不等大的副卫细胞包围;栅栏组织由1层、偶见2层圆柱状的细胞组成;海绵组织多数,常见首尾相接连成网状;叶脉维管束由纤维细胞组成的扁圆形的维管束鞘包围,维管束鞘两端开放,小脉维管束鞘则由薄壁细胞组成;中脉的维管束鞘外具有多层的基本组织细胞,在接近表皮处基本组织中有大型的石细胞,在下表皮紧靠复表皮处分布石细胞带,带宽1～3个细胞,石细胞外形不规则,分枝粗短或不分枝;石细胞带的内侧为海绵组织细胞。张氏红山茶叶片解剖结构特征表明它是旱生性的中生植物,具有适应强阳光生长的生态习性。     

叶片非均布对离心压气机气动性能及流动频谱特性的影响

运用数值方法,对采用不同叶片非均匀布置方案的离心压气机气动性能进行了分析,研究了叶片布置对压气机性能的影响.在此基础上,对压气机内部非定常流动进行了数值模拟.结合FFT方法对压气机无叶扩压器典型位置的压力脉动进行了频域特性分析,研究了不同叶片布置方案对无叶扩压器内的频谱与气动噪声的影响.结果表明,采用合理的叶片非均布式布置方案,可以在保持压气机性能不发生变化的情况下,有效降低离心压气机内部的压力脉动,从而起到抑制气动噪声的作用.     

基于卡方检验的计算流体动力学网格无关性分析

为了研究计算流体动力学数值模拟的可靠性验证,提出了用卡方检验的方法来判断网格收敛,以刀片切泥制浆数值模拟为例,通过卡方检验法研究了不同疏密网格对于1 s内泥浆飞溅体积量和1 s内泥浆平均侧面飞溅速度模拟结果的影响。结果表明:用卡方检验方法判定网格收敛性与采用网格收敛指数判定网格独立性的分析结果一致,并和实验结果是趋近的,当本模型计算网格数量接近300×104时,数值模拟的计算值网格数目收敛,可见用卡方检验方法来对模型进行网格无关性分析是可行的。     

转子叶片撞击瞬态响应分析

以某型航空发动机高压压气机一级转子叶片为模型,采用解析方法,建立了正常工作中的转子叶片受折断叶片撞击时的动力学方程.确定了系统的边界条件,给出了受撞击叶片对冲击载荷响应的解析表达式,从而使得转子叶片受到来自内部折断叶片撞击时的瞬态响应可以被解析地获得.最后,通过一个算例进行了正常工作中的转子叶片受折断叶片撞击时的瞬态响应分析.计算结果表明:当发动机转速为10 000 r/min,撞击位置距叶根0.05 m,撞击时间0.02 s时,该长、宽、厚分别为0.07 m0、.03 m、0.005 m的转子叶片在撞击脉冲力作用下撞击点的最大瞬态位移可达0.002 92 m,不容忽视.     

保角变换离心式叶片绘型的新方法

针对传统设计中扭曲离心叶轮叶片绘型仅凭设计人员手工操作难以保证相对流线的设计精度和质量的问题,采用插值方法推导出两类相对流线的插值方程以满足不同的设计要求,保证设计人员根据叶轮的比转速和叶片数给定符合要求的叶片包角,或者保证叶片安放角基本按线性规律变化.该扭曲叶片绘型方法避免了手工绘型的盲目性和随意性,提高了叶片绘型的精确度,改善了叶片的水力性能.     

基于流场计算的贯流式水轮机叶片修型

针对某电站轴伸贯流定桨式水轮发电机组运行过程中出力远达不到额定值并伴随有振动和噪声的问题,采用CFD数值模拟方法,对水轮机过流通道进行流场的数值模拟计算.发现该电站原来所选用的水力模型及水轮机制造中均存在着一定缺陷或不足.依据数值模拟与分析的结果对转轮实施技术改造,即对其叶片由翼展中部至轮缘处的翼型分别进行延长,考虑强度的需要,使翼型沿翼展方向的变化遵循三阶贝塞尔曲线的规律进行修型;且增大叶片安放角.修型后的转轮经模拟计算结果表明,其效率较原水力模型有较大提高,其中最高效率提高2.5%,额定点的效率提高2%;改造后的转轮经试运行实践证明,消除了机组运行中的振动,减小了噪声;在水能参数达不到额定值(水头低20%)的情况下,发电机的最大输出功率已达到额定容量的88%;据此估算,在额定水能参数下,该水轮机出力不仅完全能达到额定出力的要求,而且还具有一定的超发能力.     

涵道螺旋桨多工况设计

单一工况下设计的涵道螺旋桨通常不能满足垂直起降飞机的多工况高效需求。基于叶素动量理论可以开展涵道螺旋桨多工况设计,其关键在于不同工况下螺旋桨拉力占比、修正来流速度的计算。在无螺旋桨几何的情况下,采用动量源方法对涵道拉力进行估算,提出了修正来流速度的计算方法,基于最小能量损失原则建立螺旋桨几何,采用多重参考系方法进行耦合计算流体力学（Computational Fluid Dynamics, CFD）修正,得到单一工况下弦长扭转角关系、螺旋桨拉力占比以及修正来流速度。通过改变设计升力系数及转速,使不同工况下涵道螺旋桨的弦长及扭转角相匹配。分析结果表明,动量源方法计算的涵道拉力占比较大,来流速度修正方法可减少相同工况下耦合CFD求解计算量。多工况设计可有效提高涵道螺旋桨的综合效率。     

调距桨的桨叶畸变对其水动力性能的影响分析

为了研究调距桨的桨叶畸变规律和畸变对桨水动力性能的影响,采用面元法对调距桨不同调距角下的畸变和水动力性能进行了计算和分析.首先,以JDC7004桨为对象,计算了其在调距角为0°时的水动力性能,并将计算结果与实验值对比,验证了计算方法的准确性;然后,采用坐标变换原理模拟了叶元体的畸变,结合面元法计算了畸变后叶元体的压力系数分布,进而求解了发生畸变和不发生畸变两种情况下桨的推力、转矩、转叶力矩和敞水效率,并对比分析了畸变对水动力性能的影响;最后,探讨了调距桨的侧斜角、纵倾角和盘面比对叶元体的畸变影响.结果表明:正车和倒车工况引起的桨叶畸变对叶元体表面压力分布和桨的各水动力系数的影响规律并不相同,对空泡性能的影响截然相反;畸变对桨叶的转叶力矩的影响较小,对敞水效率的影响较大,设计阶段考虑畸变有利于改善调距桨的水动力性能.