基于代理模型的超燃冲压发动机燃烧室构型参数优化设计

针对传统超燃冲压发动机燃烧室构型设计中存在的计算周期长、试验成本高等问题,提出一种燃烧室的Kriging代理模型,并使用NSGA-Ⅱ多目标优化算法以实现对超燃冲压发动机燃烧室构型参数高效的优化设计.通过测试,将应用Kriging代理模型的预测结果与CFD计算结果进行对比分析,验证了该代理模型能够较为快速并准确地预测代表燃烧室性能的推力和压力损失系数.以推力和压力损失系数为优化目标,基于NSGA-Ⅱ多目标优化算法,通过该Kriging代理模型获得了Pareto最优解集;然后,采用灵敏度分析法对设计变量进行排序,成功识别出了显著影响燃烧室性能的关键构型参数;最后,基于控制变量法针对单个设计变量的变化对超燃冲压发动机燃烧室性能的影响进行研究,分析结果可以指导燃烧室的优化设计.文章研究结果可加速超燃冲压发动机燃烧室构型的优化设计,为其设计提供了一种新的思路和方法,为后续的相关研究提供了有价值的参考和借鉴.

粉末火箭发动机燃烧室燃烧流动特性研究

选取颗粒轨道模型,对Al/AP粉末颗粒在粉末火箭发动机内流动和燃烧进行三维数值模拟,为以Al粉末燃料和AP粉末氧化剂作为推进剂的新型燃烧室的设计以及实验研究提供参考。文中提出了一种粉末火箭发动机构型,通过对发动机燃烧室进行冷态和热态数值模拟,研究了氧燃比、Al粉末颗粒大小、燃烧室体积等因素对粉末火箭发动机燃烧室燃烧性能的影响。结果表明,一定范围内氧燃比较高时,燃烧室温度反而较低;较小粉末颗粒在燃烧室内更易离散;Al颗粒粒径越小越易燃烧,Al燃烧率也越高;验证了在Al/AP粉末火箭发动机的设计中引入特征长度来匹配Al粉粒径与燃烧室体积的合理性。

隔板应用于发动机燃烧室不稳定燃烧抑制中的二维数值计算分析

针对某水下航行器的燃烧室,用有限元的方法对隔板抑制燃烧不稳定性的声学机理进行了初步研究。利用ANSYS软件数值计算了隔板长度变化以及隔板数目变化时,对应的燃烧室声模态,并比较了它们的变化对燃烧室声模态造成的影响。计算表明:隔板抑制燃烧不稳定主要是通过对燃烧室腔体的声学共振频率进行平移,避开了与其相耦合的频率,从而达到抑制燃烧不稳定的目的。同时随着隔板长度的增加,靠近隔板处的声腔部分的切向声模态轴向化会逐步加剧,这样就可以得到更好的抑制作用。

发动机燃烧室主动冷却管道的热-力耦合分析

为了准确高效地进行发动机冷却管道结构的热-力耦合数值分析,基于边界单元法提出一种冷却介质中结构对流换热过程的新型计算方法,计算过程中采用径向积分法将对流换热边界积分方程中的域积分转换为等效的边界积分,从而显著降低计算难度。采用改进后的边界单元法和有限元方法分别进行发动机燃烧室主动冷却管道处的热-力耦合分析,计算并获得了该处的温度场、位移场和应力场,发现了不同物理量随管道轴向的变化规律。通过比较基于两种不同数值方法的计算结果可以发现本文数值方法在显著降低计算模型复杂度的同时,取得了合理的计算结果。因此利用本文方法可以简便有效地进行发动机燃烧室主动冷却管道结构的热-力耦合分析。

航空发动机燃烧室主燃区的数值模拟分析

概述了先进燃烧室的主燃区数值模拟,论述了采用气动喷嘴时确定边界条件的方法和模拟燃油喷嘴油滴轨迹的结果。对某型发动机燃烧室的主燃区进行了数值模拟,给出了熄火时主燃区流场。

发动机燃烧室内壁材料热环境的气动热试验模拟技术研究(英文)

利用超声速矩形湍流导管和等离子电弧加热器模拟了发动机燃烧室内流和高超声速飞行器外壁面外流热环境,进行了平板表面冷壁热流测量和燃烧室内壁材料考核试验。结果表明:由于辐射换热的影响,在选取的两个典型来流条件下,发动机燃烧室内流热环境下的冷壁热流比外流热环境下的高出21%和40%,但是冷壁热流的增量基本相当,约为0.70～0.80MW/m2。随着冷壁热流的增加,辐射换热产生的热流增量的影响力会逐渐减小。材料考核时,相同配方的C/SiC复合材料在内流热环境下的表面温度高出约400℃,背面温度高出约90℃,这种差异对于发动机燃烧室内壁面材料考核至关重要,必须在材料考核试验中加以考虑。

发动机燃烧室壳体的拉深工艺

文章分析了低合金高强度合金板塑性变形的特点,论述了各种因素对拉深工艺的影响。通过试验研究,进一步优化了模具结构,优选了工艺参数,制定了合理的退火规范和润滑方式。从而提出了一套行之有效的低合金高强度合金板的拉深工艺,确保发动机燃烧室壳体的质量满足系统性能要求。

凹腔结构对圆形超燃冲压发动机燃烧室阻力特性影响

凹腔作为促进燃烧室中燃料与来流混合和稳定燃烧的有效手段之一,其研究已引起人们的广泛关注。采用数值模拟方法,探索了圆形超燃冲压发动机燃烧室阻力特性随凹腔结构参数的变化趋势,同时初步考察了飞行攻角对凹腔阻力特性的影响。研究发现,凹腔摩阻相比压阻很小,凹腔对燃烧室的阻力特性主要体现在其压阻上;随着后掠角的增大,热试和冷流状态下的凹腔阻力均呈现逐渐减小的趋势;随着长深比的增大,热试状态下的凹腔阻力先增加后减小,而冷流状态下的凹腔阻力则单调递减;在小攻角（-3°~3°）热试状态下,燃烧室凹腔阻力明显强于冷流状态下凹腔阻力。这对圆形超燃冲压发动机燃烧室的设计工作具有一定的指导和借鉴意义。

发动机燃烧室内的压力测试

本文介绍一种发动机燃烧室内压力测量的新方法。测试用的体积小、耐高温的压力传感器。该传感器由一个压阻传感器芯片和一个特别设计的外壳组成。测试结果表明 :这种传感器的特殊结构和特性适合于发动机燃烧室内圆柱压力的监控。

航空发动机燃烧室某锻件成型工艺及数值模拟分析

采用DEFORM-3D软件对镍基718合金锻件的锻造成形过程进行了仿真模拟分析,对不同圆角半径下一次成型工艺的金属填充情况进行了模拟,同时对二次成型工艺下不同模具圆角半径对填充情况、等效应力应变、成形载荷的影响进行模拟分析得到较优的成形工艺参数。

碳氢燃料超燃冲压发动机燃烧室流场数值模拟综述

概述了碳氢燃料超燃冲压发动机燃烧室火焰稳定方式,对煤油、乙烯、甲烷燃料的超燃燃烧室流场数值模拟进行了综述,并根据流场数值模拟结果分析了相应的流动机理,描述了碳氢燃料敏感性研究。

超声测温技术在模拟航空发动机燃烧室温度测量中的应用

温度的测试对航空发动机的发展具有重要的意义,燃烧室出口温度是航空发动机的一个重要参数.超声测温技术具有测温范围广、响应快、精度高等优点,近年来被广泛应用于高温测量领域.设计了一套应用于模拟航空发动机燃烧室的超声测温系统.介绍了超声测温的基本原理,设计了基于铱铑合金的超声测温传感器,并在1 600℃高温炉内进行温度与声速的标定实验,最后将铱铑合金超声测温系统应用于模拟航空发动机燃烧室出口气流温度的测量试验中,获得温度-时间曲线,同时将测量结果与热电偶测量数据进行对比分析.结果表明,铱铑超声温度传感器的测量准确度可以达到97%.

模拟航空发动机燃烧室出口温度测量实验台

为准确测量高温燃气流,搭建燃气温度测量实验台,确定实验台测试段的初始参数和合适的气态燃料。通过研究分析燃料的燃烧结果,确定高速燃烧喷嘴的基本参数,计算燃气流的理论温度,给实验台各主要部件材料的选择提供参考建议。综合考虑上述约束条件,对实验台各主要部件的总体结构和冷却系统进行合理设计。

民机发动机燃烧室设计特点与关键技术

低排放、长寿命燃烧室的研制是民用发动机成功研制的关键,因此应针对国外现役/在研大型军用和民用航空发动机燃烧室现状,分析其设计特点和研制技术,了解并掌握长寿命、低排放燃烧室设计的关键技术以及有关排放规范,为开展民用发动机燃烧室研制打下基础。

微型涡喷发动机燃烧室全覆盖气膜冷却

为了延长微型涡喷发动机燃烧室的使用寿命,针对燃烧室壁面高温区进行全覆盖气膜冷却研究.在KJ-66微型涡喷发动机试车实验的基础上,比较实际燃烧工况下,排布方式和燃烧室外环的扩张孔对气膜冷却效果及燃烧室整体性能的影响.结果表明,在实际微型涡喷发动机模型中,顺排的平均综合冷却效率低于叉排,但对壁面的综合降温效果优于叉排.随着扩张孔出口直径的增大,气膜冷却效果逐渐改善,但会影响燃烧室出口温度分布的均匀性.由于燃烧室后排冷却孔的影响,二次流射入主流会发生偏转,提升了气膜的冷却效果.整体而言,全覆盖气膜冷却在实际燃烧工况下对燃烧室壁面有着很好的冷却作用,扩张型气膜孔能够有效改善燃烧室外环的气膜冷却效果.

纳米铜靶向修复技术在发动机燃烧室的应用研究

发动机燃烧室在工作一段时间后活塞和气缸壁会出现一定程度磨损,进而导致烧机油现象。纳米铜靶向修复材料因其熔点温度与发动机摩擦副工作温度接近而能很好的修复发动机活塞和气缸壁之间的磨损。作者选取不同程度烧机油车辆进行试验,评价纳米铜靶向修复材料的修复性能。结果表明在发动机润滑油中添加纳米铜修复材料后,汽车烧机油现象逐步减轻。对于烧机油现象较为严重的车辆,需4~5个治理周期,治理完成后烧机油量基本控制在每1 000 km烧0.1 L以内。

一种脱模剂在固体火箭发动机燃烧室壳体绝热材料成型中的应用

分析了不同脱模剂在固体火箭发动机燃烧室壳体绝热材料成型中的脱模效果,结果表明:8421A脱模剂的质量分数为15%时,表面张力值为22.3mN/m,脱模次数最大,效果最佳。按照工艺方法处理后,用于长径比为18的绝热材料成型中可循环使用9次,且制备的产品合格率达100%,性能满足设计需求。此种脱模剂应用于其它大长径比产品中,脱模效果也尤为显著。

某型发动机燃烧室磁粉探伤异常磁痕分析

针对某型发动机燃烧室在磁粉探伤过程中发现的异常磁痕,对其所用材料进行化学成分分析、金相检验、扫描电镜能谱检验等理化检测,并详细分析了其磁痕产生的原因。结果表明:材料组织中存在异于基体的金相组织是由于材料中存在着明显的带状微区偏析,成分偏析导致了奥氏体稳定性提高,马氏体转变开始温度降低,致使组织中出现一定数量的条块状残余奥氏体组织,造成磁粉探伤中出现异常磁痕。这类磁痕不影响产品力学性能。

基于声学CT重建航空发动机燃烧室出口温度场的仿真研究

结合声波传感器与计算机断层成像技术,提出一种航空发动机燃烧室环形出口温度场重建的方法。首先确定了航空发动机燃烧室出口处声波速度与温度的数学模型,然后用最小二乘方法对航空发动机燃烧室环形出口温度场进行了重建。仿真结果表明,温度场重建结果的相对平均误差在3%以内,相对最大误差在6%以内,该方法具有测温范围宽,可测得航空发动机燃烧室环形出口截面温度分布等优点。

介质阻挡等离子体对航空发动机燃烧室特性的影响

建立了航空发动机燃烧室等离子体助燃实验平台,开展了航空发动机燃烧室DBD(dielectric barrier discharge)等离子体助燃在模拟航空发动机燃烧室最大状态条件下的性能实验。通过正常燃烧和等离子体助燃的对比实验和分析,研究了等离子体助燃对4种余气系数和5种电压条件下的平均出口温度、燃烧效率、出口不均匀系数的影响。实验结果表明,与正常工况相比,等离子体助燃后的燃烧效率有所提高,当电压为40 kV时,等离子体助燃时的燃烧效率在富燃料条件下提高了2.31%。实施助燃后出口温度场均匀性也得到改善,但在富油条件下效果最好,出口温度分布系数的减小量超过5%。这些结果对未来将等离子体助燃技术应用于航空发动机燃烧室并提高其性能具有一定的参考价值。