航空发动机吞冰损伤一体化数值模拟平台搭建与验证

为了给航空发动机在进气条件下的吞冰损伤物理试验提供多方案快速优化的数值参考,建立了航空发动机叶片吞冰损伤快速分析的数值模拟方法和流程,并形成了1套软件系统。该系统通过研究发动机进气吞冰过程中冰体6自由度运动姿态和轨迹的流场快速模拟方法,建立了吞冰流场的数值仿真模型;通过冰体的本构模型及冰体撞击叶片损伤效应的系统研究,准确建立了叶片损伤模型;将吞冰流场计算和冰撞击过程计算进行了一体化耦合,形成了航空发动机叶片吞冰损伤的快速分析软件系统,建立了冰块运动姿态、冰块撞击叶片破碎过程及轨迹预测的一体化仿真流程。结果表明:数值计算方法能够有效预测冰块运动轨迹和撞击变形量,变形量误差不大于8%;该软件系统有效地解决了吞冰损伤复杂过程有限元模型的自动生成问题,极大地提高了分析效率,可有效节约试验成本、提高试验效率。

前输出轴涡轴发动机高空台进气装置设计及验证

对某前输出轴涡轴发动机高空模拟试验进气装置进行了设计,通过三维数值仿真的方法对比分析了典型工况进气涡壳内有无整流装置情况下发动机进口的流场品质,确定在增加整流装置的情况下,发动机进口压力不均匀度小于1%,温度不均匀度小于1%。为降低进气装置压力损失,对进气装置进行了优化设计,仿真结果表明,在最大流量下,压损降低了30%。最后通过吹风试验验证了流场品质满足设计要求,解决了涡壳进气方式产生的流场畸变问题。同时将导管流量数据与导流盆流量数据进行对比,证明了导流盆测流量方案的合理性。该设计可在此类涡轴发动机高空模拟试验中推广运用。

高空台喷雾水滴运动轨迹及流动换热规律数值研究

高空台因其结构特殊,喷雾参数测量较为困难。为探究喷雾水滴在高空台内的运动和传热规律,对喷雾水滴在高空台内的运动和沿程的传质传热过程进行了分析,采用仿真计算的方法,建立了相应的数学物理模型,发展了适用于求解高空台内喷雾水滴沿程速度、温度和粒径的计算方法,可预测水滴沿程相关参数随运动时间和路程的变化规律。通过数值计算结果表明,适当延长试验舱通道长度,可提高水滴的跟随性;气流参数对水滴运动轨迹存在一定影响;喷雾水滴运动过程中的传质传热作用对于水滴沿程粒径变化影响较为明显。研究结果为高空台进行进气结冰试验提供了理论依据。

某型涡轴发动机高低温起动性能试验与分析

开展了采用RP-3燃油和RP-5燃油的涡轴发动机高低温起动性能对比试验。分析了不同环境温度下转子的阻力矩和电动机扭矩的变化规律,指出了当前计算方法的局限性;对比了环境温度、燃油种类、燃油流量对发动机起动性能的影响,摸索出了该型发动机低温起动极限温度。试验结果表明:随着温度降低,滑油黏度增大,转子阻力矩增大,发动机带转转速和转子自转时间显著降低;在极限低温条件下,两种燃油对涡轴发动机起动性能影响非常大,而在高温条件下,采用上述两种燃油,发动机起动性能基本一致;该型发动机采用RP-3燃油能在-40℃环境下成功起动,而采用RP-5燃油,经过调油等措施最终只能在-20℃环境下成功起动;在一定范围内,增加燃油流量,能改善发动机采用RP-5燃油的起动能力。研究结论为同类发动机高低温试验提供了参考。