发动机反推运动机构可靠性优化设计研究

反推装置作为现代民用飞机必不可少的减速系统,承担着飞机降落的重要任务,对飞机的安全飞行至关重要。根据叶栅式反推装置构型及其工作原理,本文建立了反推机构运动学理论模型。通过机构运动学仿真,验证了所建立模型的合理性与正确性。将阻流门在整个偏转过程中的最大角加速度作为优化目标,各部件满足几何运动关系作为约束条件,建立反推运动机构的确定性优化模型。与此同时,考虑反推运动机构的两种失效模式,将可靠性考虑到优化设计中,建立可靠性优化设计模型。在Matlab环境下对反推机构进行优化设计计算,结果表明,在满足可靠性约束的情况下,阻流门在整个运动过程中的角加速度得到了进一步的优化,且整个机构在运动中不出现干涉,整个反推力装置可以正常工作。本文建模流程与可靠性优化方法和结果可以为反推装置结构设计提供参考。

轴对称矢量喷管壁面静压分布的试验研究

在模拟实际发动机喷管落压比的情况下 ,利用轴对称矢量喷管的缩比模型 ,对其壁面静压分布进行了试验研究。研究结果表明 ,当矢量偏转后 ,轴对称矢量喷管的收敛段与扩张段内流场均呈现出复杂的三维流动的特征 ;当喷管落压比小于完全膨胀落压比时 ,喷管内部存在周向不对称的斜激波和分离区 ,且激波位置随几何矢量角的增大而前移。本文的研究结果可用于检验喷管三维流场的计算精度。

推力矢量喷管设计与气动特性分析研究

二元矢量喷管结构简单,隐身特性好,在多种隐身飞机上得到了应用。发展了一种"圆转方"二元喷管型面设计方法,基于此方法设计了二元喷管和两型矢量喷管。一型通过二元喷管壁面几何偏转实现,另一型由塞式中心体偏转实现。数值模拟了"圆转方"喷管以及这两型矢量喷管的内外流场。对其推力系数、流量系数、有效推力矢量角等性能参数进行了计算和分析对比,给出了对二元矢量喷管设计具有参考价值的推力矢量角的影响因素及其影响规律。

积垢对压气机流场影响的数值分析

以某型轴流压气机为研究对象，对不同积垢程度的压气机流场进行了三维的CFD数值计算，对比分析积垢造成压气机性能损失的机理。结果表明：积垢对压气机流场的影响主要是导致叶片吸力面中部压力梯度比较大的区域附面层提前转捩，扩大尾迹区的低速回流区，增加叶栅的流动损失。

反推力装置适航符合性验证思路研究

适航条款CCAR25.933要求限制反推力装置的任何不利影响。本文研究了采用等效安全来表明对适航规章CCAR25.933(a)(1)符合性的验证思路。结合某机型的符合性验证实例,研究了进行条款等效安全判定的定性和定量安全性分析要求,考虑发动机非包容性转子损坏特定风险,并进行了特殊风险分析。

液压作动反推力装置安全性设计与研究

反推力装置安全性一直是民航关注的重点,介绍了反推力装置三道独立控制的机械锁防线的设计,并提出了一种优化改进方案,该方案简化了反推力装置结构,优化了反推作动时序,同时提高了反推力装置的安全性,在某机型反推力装置上得到应用,获得了适航代表认可。

二元收扩喷管气动方案优化设计

为掌握二元收扩喷管气动特性和设计方法,通过数值模拟方法对采用超椭圆方程进行圆转方过渡的小宽高比二元收扩喷管进行研究。计算分析了喉道宽高比、圆转方段长度、收敛调节片长度及扩张调节片长度4个参数对二元收扩喷管气动性能的影响,通过对上述4个参数的优化得出了综合性能较优的二元收扩喷管气动方案。研究结果表明:经过适当优化,二元收扩喷管能够满足工程应用要求,同时,鉴于其在隐身和矢量推进等方面的优势,有必要对其开展更加深入地研究。

三轴承转向喷管转向机构工作原理及运动规律

三轴承转向喷管作为大偏角矢量喷管的典型代表,是现代飞机实现短距/垂直起飞降落(以下简称短垂)功能必不可少的部件。基于三轴承转向喷管的工作原理——三轴共面理论,开展三轴承转向喷管的运动规律研究。运用坐标转换完成了运动规律方程的推导,并以计算实例和运动仿真技术对其正确性进行了验证。通过本研究,完成了三轴承转向喷管技术转向工程应用的理论研究和运动仿真验证,为我国短垂推进系统研制奠定了一定的技术基础。

涡扇发动机配装反推力装置综合影响分析

针对概念设计阶段涡扇发动机开展反推力装置设计的需要,对加装反推力装置对总体性能的综合影响开展了初步分析。选取大涵道比发动机CFM56为对象建立基准发动机模型,借助克兰菲尔德大学总体性能仿真软件Turbomatch,分析了其对发动机压缩部件、涡轮及排气系统的性能影响,提出采用流动面积和流动损失作为反推力装置的设计要求。在正、反推力状态下对发动机推力进行评估,结果表明:理想状态下发动机提供的反推力可达最大起飞推力的50%以上。为了获得涡扇发动机配装反推力装置的不利影响,建立包括反推力装置在内的推进系统质量评估模型和价格预测模型,利用该模型对质量及成本进行了预测,结果表明:特定条件下反推力装置的使用会导致推进系统的质量增加12%,价格增长13%。

航空发动机反推力装置安装座断裂分析

在某发动机反推力装置整机试验过程中,1处作动筒安装座发生断裂。为确定故障原因,对断裂安装座进行宏观检查、断口分析、材质分析及有限元分析等。结果表明:安装座前侧安装边棱边与座身转接处首先发生高周疲劳断裂,该处断裂后造成构件结构失稳,在试验载荷的进一步作用下导致另外2个安装边发生瞬时断裂;疲劳源区存在的缩孔缺陷导致该处产生应力集中,对安装座过早疲劳开裂有促进作用;合金成分中Cu元素含量超标导致组织中析出大量θ脆性相,从而降低了合金强度,这也是安装座过早疲劳开裂的原因。对铸造工艺和无损检测工序提出了改进建议以避免此类故障再次发生。

反推力系统适航设计与符合性验证分析

现代涡喷飞机大多设计有反推力系统以提高飞机的经济性、可用性和安全性,然而反推力系统若发生故障则可能引发灾难性的飞行事故。因此,反推力系统的设计和适航符合性验证已成为适航当局重点关注的审定问题。本文通过对中、美、欧适航当局反推力系统的相关适航标准、咨询通告和修正案的研究,给出涡喷飞机反推力系统的适航要求和简析,反推力系统"操纵性"和"可靠性"验证思路及注意事项;此外,结合某型飞机的反推力系统,给出"可靠性"验证思路的实例验证过程和符合性结论。研究结果可为我国进行飞机反推力系统适航设计和符合性验证提供有益参考。

某型反推力装置室内试车台试验方法

反推力装置是大涵道比涡扇发动机的重要组成部件。对反推装置研制过程中的室内试车试验方法进行了总结,介绍了所用反推力装置结构、试车台反推力装置控制系统,阐述了反推涡壳装置的设计与安装使用方法,探讨了反推力测量系统,总结了反推装置静态与全状态的调试方法。试验结果表明:采用的试验方法可有效指导室内反推力装置试验,获得了发动机在不同反推力状态下的性能数据,对反推装置的室内试车试验方法的建立具有一定的参考价值。

戽斗式反推力装置气动特性数值仿真研究

在发动机短舱系统上设计反推力装置是民用飞机减小着陆滑跑距离、减轻起落架刹车系统负担的重要手段,对于主体不易更改的发动机而言,戽斗式反推力装置具有原理简单、实施方便等优点,是较好的设计选择形式。戽斗包角是此类反推力装置设计中的重要参数,对反推性能有较大影响。为了全面研究不同戽斗包角对反推性能的影响规律,基于某型涡轮风扇发动机设计了戽斗式反推力装置初步方案,并对反推力装置工作时的流场分布进行了数值仿真研究,着重分析了反推力及反推效率的变化情况。研究结果表明:在所研究的角度范围内,随着戽斗包角逐渐增大,反推力及反推效率先增大后减小,包角为110°时,反推效率最高;但是,在接近于停机状态的小速度条件下,戽斗包角相对较小时,反向排气流会被大量吸入进气道内,从而影响发动机的正常工作;通过对比不同方案的计算结果,给出了戽斗包角的设计建议值,可为反推力装置的详细设计及后续工程应用提供参考。

基于SysML的反推力系统安全性分析

通过应用系统工程建模工具SysML(系统建模语言),对反推力系统的使用场景进行建模,分别建立起反推力系统的用例图和顺序图模型.在使用场景模型的基础上,进一步应用HAZOP(危险和可操作性)分析方法对使用场景进行危险分析,得到了反推力系统在使用中可能存在的危险状态,并提出了相应的安全性要求.此方法应用表明,综合SysML和HAZOP的安全性分析是一种比传统的系统安全性分析更为有效的方法.

发动机反推力系统安全性设计

通过分析发动机反推力系统适航规章25.933、相关的适航咨询通告和背景资料,以及民用飞机反推力系统空难事故,获得了反推力系统设计的总体安全性要求,为国内反推力系统的安全性设计提供了重要的指导.运用系统安全性评估的方法对某型号反推力系统的初步方案进行了分析.结果表明:系统架构设计中存在单一故障导致反推力装置意外打开,不满足反推力系统总体安全性要求.为了消除该单一故障,提出了将同步锁的控制独立于反推控制器(EAU)的更改方案.这不仅明显提高了某型号反推力系统的安全性,也对以后其他型号反推力系统的设计具有重要的借鉴意义.

逆流矢量喷管流动自身导致的非定常现象

基于数值方法,研究了逆流推力矢量喷管中由于流动自身导致的非定常现象。结果表明,当抽吸背压下降至某个范围时(50.66～60.8kPa),主流在接近外套壁面的某个位置处呈现出周期性振荡,流动参数(抽吸二次流量、推力矢量角、合成推力系数)也以小振幅振荡,但是同向二次流量却没有振荡。深入的流动机理分析表明,此时在逆流剪切层中,分离涡周期性地形成和发展,没有呈现出流动失稳,同时剪切层中的速度比又远大于定常流动下的值,因此流动表现为自激振荡特征。