螺旋桨发动机安装系统动力学设计技术综述

随着螺旋桨发动机安装系统国产化研制进程的加快,需要开展相关的安装系统技术研究,而动力学设计是其中的重要组成部分。本文对比分析了不同结构形式安装系统的动态性能特点,进一步从军民用标准规范和工程实践经验出发,归纳了安装系统动力学设计的技术要求,梳理了安装系统动力学设计技术的发展历程和国内外现状,指出国内外差距主要体现在设计理念、关键技术和应用实践经验等方面。在此基础上,展望了螺旋桨发动机安装系统动力学设计技术的发展趋势,为当前及未来螺旋桨发动机安装系统的设计技术研究提供了参考。

航空发动机通用飞行台建设关键问题剖析

针对中国航空发动机通用飞行台(FTBs)在建造和使用中所关注的关键问题尚未清晰的现状,开展了针对飞行台的相关研究。阐明了通用飞行台的概念和作用,梳理了国外典型发动机飞行台建设主要内容和工作方法,总结了国外发动机挂点方案选择、气动仿真评估、引气、液压和电功率负载模拟系统总体结构、灭火、燃油和测试系统等方案,分析了通用飞行台在建造和使用过程中需特别关注的关键问题:试验对象与使用场景规划、需求制定与分解、详细设计与飞/发一体化协调、系统研制集成和验证、技术状态管理、人员资质要求、适航性评估等。根据国外飞行台建设经验和未来发动机飞行试验需求,分析了通用飞行台的未来发展趋势,给出了中国发动机飞行台建设和使用过程需特别关注的关键问题和关键环节,可为中国未来发动机通用飞行台能力建设和使用维护提供参考。

发动机燃油泵附件的管路动力学等效设计及实现

燃油泵附件的管路空间构型复杂,在振动环境试验中直接模拟难以实现。为满足试验要求,采用系统等效缩减/扩展过程(SEREP)方法对管路进行动力学等效设计,选取管路上特定结点为主自由度,并将原管路模型缩减至主自由度模型上,得到缩减质量和刚度矩阵;对子振型矩阵采用SVD分解,使得缩减质量和刚度矩阵进一步简化,得到低阶管路模型的新缩减质量和刚度矩阵参数;提出“质量球—梁弹簧”结构模型,分别用“质量球”和“梁弹簧”来映射缩减的质量和刚度矩阵,进而确定等效设计加工参数;通过实例验证等效设计方法的可行性。结果表明:等效管路与原管路的第一阶频率误差大多在10%以内,满足工程应用要求。

两种直升机多舱油箱惰化系统代偿损失比较

针对某型直升机多舱油箱,设计了冷却空气控温和燃油热沉控温的2种多舱油箱惰化系统。基于AMESim平台搭建了这2种系统模型,研究了这2种系统的控温效果和各舱油箱参数变化规律,并且引入代偿损失指标对这2种系统性能进行评估。仿真结果表明:2种惰化系统均能控制膜前温度维持在90℃;燃油热沉控温的多舱油箱惰化系统在整个飞行过程中,各舱油箱中最高燃油温度小于32℃,没有超过许用限制;对于直升机而言,由于油箱相比大型客机而言体积较小,通过计算可得,冷却空气控温的多舱油箱惰化系统的燃油代偿损失小于燃油热沉控温的多舱油箱惰化系统的燃油代偿损失。仿真结果为多舱油箱惰化系统的设计和优化提供了参考依据。

基于运动法的航空发动机高速燃油齿轮泵卸荷槽设计与验证

高压、高速、高温化使得齿轮泵固有困油问题愈发严重,传统卸荷槽结构已难以满足高性能燃油泵设计要求。为此本文提出一种基于运动法的新型卸荷槽结构设计方法,通过构建困油模型并从整泵全局角度分析齿轮参数对困油各项性能的影响规律,以确定齿轮参数并为卸荷槽设计提供约束条件;其次基于齿轮运动规律和卸荷槽设计原则进行了某型燃油齿轮泵卸荷槽的设计,并进行了多个工况下新型卸荷槽和传统卸荷槽困油特性仿真对比;最后试制了样机并通过试验验证了卸荷槽设计的有效性。研究结果表明:所设计的卸荷槽与传统矩形卸荷槽相比,同工况下最大困油压力降低63.4 MPa,流量脉动率减小33.5%,空化区域更小,工作性能更优,能够显著缓解困油带来的不利影响。采用该结构卸荷槽的齿轮泵具有高的容积效率和长时抗汽蚀能力。

结构对耗氧型惰化系统中反应器性能的影响

针对新型低温催化惰化系统中反应器存在的易飞温和转化率低的问题,基于FLUENT多孔介质模型,以用户自定义标量(UDS)添加固相能量方程,以用户自定义函数(UDF)形式加入化学反应,建立了圆柱体、圆锥体及反圆锥体3种结构的反应器仿真模型,并通过自建试验台对模型的正确性进行了验证。定义了转化率和耗氧速率2个性能指标,研究了反应器进口气体温度、进口流量和RP-3燃油蒸气体积浓度对反应器性能的影响,分析了反应器的操作范围,并从流动速度的角度出发,比较了3种结构反应器的性能差异。结果表明:进口气体的温度及RP-3燃油体积浓度的提高以及进口流量的减小可以促进反应的发生;反应器的起燃温度为470 K;在相同条件下,3种结构反应器的转化率从高到低依次为圆锥体、圆柱体、反圆锥体,可操作温度范围差值为8~10 K。

直升机发动机燃油控制机械备份的操纵特性

针对典型的采用自动控制+机械备份操纵的直升机发动机燃油控制系统,分析了不同控制模式下机械备份操纵的油门响应特性。依据发动机手册图示的燃油控制系统原理,推导了机械备份操纵的油门响应特性函数,并与试验数据进行了对比验证。机械备份操纵特性分析表明:手动控制模式下的机械备份操纵的油门响应与自动控制失效时锁定的位置相关;自动控制有效时进行的机械备份操纵是一种混合模式操纵,具有与手动控制模式不同的油门响应特性。

航空发动机燃油控制装置可靠性研究综述

航空发动机燃油控制装置是航空发动机的核心控制单元,长期服役在高温、高压、强振的恶劣环境,在航空发动机外场使用中故障率占比高,产品的寿命及可靠性是当前制约我国装备能力提升的短板。本文总结了当前燃油控制装置的典型故障类型,对比分析了国内外在燃油控制装置可靠性设计与分析技术、可靠性优化技术、寿命试验技术及可靠性评估技术方面的研究进展;剖析了我国燃油控制装置可靠性技术研究及应用方面的不足及原因,同时结合航空发动机正向研发体系建设需要,指出了航空发动机自主创新设计中燃油控制装置性能及可靠性一体化设计所面临的技术难点和挑战,并立足于现有国内设计水平及工业基础,给出了夯实我国航空燃油控制装置设计能力需开展的基础性研究建议。

民用飞机动力装置系统持续适航文件研究

在民用飞机投入运营后,航空公司或运营人需要依据持续适航文件所要求的措施开展相关的技术工作,保持和改善民用飞机和发动机在持续运营时的性能,纠正运营中暴露的问题,确保飞机和发动机始终处于适航状态。通过对持续适航文件相关条款和咨询通告的研究可知,在飞机交付航司或标准适航证书签发前(以较晚者为准),应完成飞机和动力装置系统除大修或者重度维修以外所有持续适航文件的批准和发布。通过对动力装置系统持续适航文件的适航要求进行解读,列举了具有典型代表性的民用飞机动力装置系统的持续适航文件清单,对重要的持续适航文件进行了研究,对国产民用飞机动力装置系统持续适航文件体系进行了有益探索。在民用飞机的全生命周期中,动力装置系统持续适航文件是从研发体系延伸至运营体系的一部分,是与飞机实物同等重要的手册产品,是航司/运营人保证飞机安全可靠运行的保障。

无人机变距电推进系统动力学模型的建立

针对应用于中小型无人机上的变距电推进系统动力学建模问题,首先,基于叶素理论和等效电路模型推导变距电驱动系统的非线性模型结构,该模型由一阶惯性环节与非线性混合项组成;其次,搭建试验平台,介绍了测控系统的软硬件设计方案,并给出了系统辨识所需参数的采集方法;最后,给出了动力学模型参数辨识的方法,根据辨识结果建立系统的仿真模型,通过对比仿真结果与实际数据,验证了本文模型的准确性。

高速重载齿轮泵壳体热流固耦合仿真

新一代高性能发动机所采用的高速重载燃油齿轮泵工作条件愈加恶劣,使得燃油齿轮泵壳体在泵内部高压流体载荷和高温热变形下工作失效问题突出。综合考虑了热流固三种因素,基于有限元数值模拟方法进行了齿轮泵壳体在极限工况下与热流固单向耦合条件下的工作强度仿真分析。首先,基于传热原理进行了壳体稳态温度场的分布规律研究,通过对壳体在热载荷和压力载荷共同作用下的静态响应进行了求解;其次,进行了齿轮泵壳体在极限工况下的内流场仿真分析,计算得到了齿轮泵内部油液压力载荷和轴承支反力载荷对至壳体对应区域的流固仿真边界;最后,在校核壳体在极端工况下的强度基础上,分别开展了考虑与不考虑热载荷下的壳体流固热单向耦合仿真分析。仿真结果表明:考虑热载荷后的壳体变形增大了约30%,应力增加了6%,热载荷对壳体结构的强度影响突出,是影响壳体刚度的关键因素。

拓扑优化相变热沉在不同重力场的性能

为强化相变热沉的性能,基于带惩罚的固体各向同性材料(SIMP)法对山梨糖醇相变热沉进行传热拓扑优化设计。对拓扑优化的相变热沉(Ⅰ)和直肋式的相变热沉(Ⅱ)进行定常重力(0~20g)和周期性重力条件的数值模拟研究。利用无量纲数对比二者的热性能,研究结果表明:热沉Ⅰ的吸热和均热性能优于热沉Ⅱ;在相同重力环境下,以80℃为目标,热沉Ⅰ温控时间比热沉Ⅱ平均多26.8%;微低重力下热沉内部近乎导热,略逊于常规重力下热性能;超重力强化的自然对流可以显著提升热沉性能,10g条件相比常规重力的温控时间增加8.94%,而相同Ra^(*)下,周期性重力对热沉Ⅰ的性能有抑制作用。研究结果对飞行器载相变热沉的地面细化设计有一定指导意义。

航空发动机气固液三相分离器的数值模拟分析

为研究气固液三相分离器结构尺寸对油液净化效果的影响,基于流体动力学的数值模拟,通过DPM模型和磁场模型研究了油液分离器结构尺寸对于滑油中铁屑的捕捉能力和油气的分离能力的影响,并对其结构尺寸进行优化。结果表明:当分离器主体直径为65mm、锥度角为20°时,分离器的综合分离效果最好。

DA42NG飞机螺旋桨调速器卡阻机理分析

DA42NG飞机自2020年运行以来,该机型的螺旋桨调速器已发生多起故障,其中调速器卡阻故障发生比例较高。飞机制造厂家、调速器生产厂家针对调速器故障多发的情况下发了相应的服务通告,也提供了相应的维修建议,但问题仍没有得到明显改善。结合各种经验及实践研究,从该调速器的原理出发并结合常见故障,对该型调速器卡阻的可能原因进行了分析,提出了可行性解决办法,增加调速器的可靠性,减少保障和维护成本。

一种电容式液位传感器在燃油液位测量中的应用

在飞机运行过程中,对飞机燃油进行准确的检测,是保证飞机燃油系统正常运行的一个关键环节,对于完成飞行任务、保障飞行安全和社会安全,有着重要意义。燃油测量装置的测量精度、可靠性和可维护性对飞机的整体性能有着重要的影响。随着现代科技的快速发展,社会对于燃油测量系统的性能、精度、可靠性等方面有了更高的要求。针对燃油液位测量,国内外采取的技术和产品很多。传统使用的传感器包括浮子式传感器、电容式传感器,随着科学技术的发展,近年来也逐渐出现了许多新型的传感器,如光纤液位传感器、超声波式液位传感器、导波雷达式液位传感器等。

直升机尾传动轴抗弹击损伤研究综述

直升机尾传动轴在军事应用中容易遭受弹击损伤,严重影响直升机飞行安全。为此,国内外开展了大量直升机尾传动轴抗弹击损伤研究工作。本文首先从军事需求角度阐述尾传动轴抗弹击损伤研究的重要意义。然后从尾传动轴弹击损伤评定指标、研究方法、影响因素以及尾传动轴抗弹击性能提升方法4方面介绍了国内外直升机尾传动轴抗弹击损伤研究现状及其发展趋势。最后论述了国内在尾传动轴抗弹击损伤研究方面的不足之处,并从材料性能参数测试、新型数值仿真模拟方法、尾传动轴抗破片冲击研究和弹击复合材料尾传动轴数值模拟4方面展望了我国在尾传动轴抗弹击损伤方面亟需开展的研究。

大型机载油箱电位分布与静电击穿仿真研究

低导电性的航空燃油在流经管路阀门等结构时会带有一定量的静电荷,这些静电荷最终会汇入燃油油箱。对于载油量较大的不规则飞机油箱,静电规律的数值计算与试验测量均不便展开。本文采用数值仿真软件COMSOL Multiphysics对油箱在充油过程中静电电位分布、静电放电电位和静电打火能进行仿真计算,并且对油位高度以及初始电荷密度对油箱静电放电及打火可能性的影响进行研究。通过计算充油过程中产生静电放电所需的最小击穿电压和产生静电带有的能量,对油箱内电位是否会引起静电击穿和引燃油箱内混合气体进行分析,为静电引起的油箱爆炸的风险评估提供了一种新思路。

露点传感器响应时间测试方法研究

论述了当前露点传感器响应时间特性测量在国内大型设备系统测试领域中的作用和意义,介绍了当前国内气体露点温度响应时间测量校准研究现状,设计了一种气体露点温度响应时间测试系统。该系统以测量准确度高、阶跃控制量程范围广、系统操作便捷等优势,为解决气体露点温度响应时间高精度测量的难题提供了技术支持。使用本装置分别对石英谐振露点传感器和氧化铝露点传感器的响应时间特性开展测试工作,研究结果可为未来露点传感器湿敏元件响应时间特性的研究和改进提供参考。

超重条件下相变热沉结构拓扑优化及温控性能研究

利用相变热沉有望解决高速飞行器大热耗电子设备的热控难题。为强化相变热沉温控性能,基于固体各向同性罚函数的变密度拓扑优化方法对相变热沉进行传热拓扑优化设计。而飞行器在机动飞行过程中常处于超重状态,其可能会影响相变热沉的性能。因此,对拓扑优化的导热式优化热沉(Ⅰ)和自然对流式优化热沉(Ⅱ)在超重(1g~7g)下的温控性能进行了数值研究。研究结果表明:热沉Ⅱ吸热速度和温控性能优于热沉Ⅰ,PCM总融化时长缩短11 s;以60℃为目标,在1g、3g、5g、和7g下,热沉Ⅱ的温控时长比热沉Ⅰ分别延长了19.75%、17.44%、4.01%和1.62%;超重会强化PCM间的自然对流,显著提升热沉温控性能,但其强化效应随超重的增强而减弱;超重对热沉Ⅰ的强化作用大于热沉Ⅱ,且会缩短热沉间性能差异。

直升机尾传动轴弹击损伤数值模拟研究

面向直升机尾传动轴抗弹击设计,开展了不同因素影响下尾传动轴弹击损伤规律数值模拟研究。基于有限元仿真软件建立了尾传动轴弹击损伤数值仿真模型,并通过弹击试验验证模型的可靠性。进而基于经验证的数值仿真模型,分析了偏移量和入射角两个典型参数对尾传动轴弹击损伤的影响规律。分析结果表明:尾传动轴弹击损伤程度随着子弹偏移量及入射角的增大,呈现先增大后减小的趋势,在切边位置、入射角为75°工况下尾传动轴弹击损伤最为严重。在此基础上,进一步研究了摩擦因数、子弹入射速度、尾传动轴转速、子弹偏航角四个弹靶参数对尾传动轴弹击损伤的影响规律。研究结果表明:摩擦因数对尾传动轴弹击损伤影响较小,尾传动轴转速、子弹入射速度和子弹偏航角均对尾传动轴弹击损伤有较大影响。