基于故障树分析的民用飞机结冰探测系统架构设计

飞机结冰会造成全机气动性能下降、飞行品质降级等一系列问题,对飞行安全造成极大的威胁。现代民用飞机普遍装备结冰探测系统以应对飞行中的结冰问题。结冰探测系统通过向飞行机组发送结冰告警,来帮助飞行机组判断开启防冰系统的时机。首先对民用飞机结冰探测系统的故障树分析特点进行介绍,然后根据结冰探测系统的功能需求,针对结冰探测系统进行初步的架构设计,之后采用故障树分析的方式分析结冰探测系统主要失效模式的失效概率,过程中发现初步架构的失效模式的失效概率远不能满足系统安全性需求,最后通过对系统架构进行冗余设计,确保系统架构设计满足系统安全性需求。

蒸汽和空气预旋进气共转盘腔壁面换热研究

为了研究不同冷却介质对燃气轮机预旋共转盘腔换热特性的影响,采用数值计算方法分析了空气和蒸汽2种介质下预旋系统共转盘腔表面的换热过程,对比了2种冷却介质在不同旋转雷诺数、无量纲质量流量和进口总温条件下的换热效果。结果表明:相同无量纲质量流量下预旋进气的转盘冷却效果优于无预旋;不同无量纲质量流量下,蒸汽对共转盘腔表面的换热效果均优于空气;旋转雷诺数在5.5×106~7.2×106内,相同旋转雷诺数下的蒸汽冷却下的转盘平均Nu比空气冷却提高约22%,低旋转雷诺数时2种冷却介质的冷却效果略优于高旋转雷诺数时;不同进口总温下,蒸汽冷却效果仍然优于空气,但随着进口总温的升高其优势逐渐减弱,转盘表面传热平均Nu随预旋进口总温的升高而减小。

转静盘腔流动瞬态响应特性研究

以航空发动机转静盘腔内非稳态流动为研究对象,基于用户自定义函数编程设置进口压力按斜坡函数变化时的非稳态边界条件,利用数值模拟方法,在滞后效应、流场演化和物性参数方面,研究了不同无量纲跃升幅值下转静盘腔流动瞬态响应机理。结果表明:无量纲跃升幅值由1.05增至1.2,盘腔内部的当地响应时间延长了81.1%,相对总温的超调量增加了157.0%,其峰值时间增加了31.3%,且进口压力波动的传播方向总是由进口指向出口;瞬态过程中,转静盘腔的容积效应和旋转效应共同作用使出口流量明显滞后进口流量,且其滞留质量流量与相对总温的超调现象密切相关;冲击射流、旋转贴壁射流和静子壁面侧的涡系构成了盘腔流场演化的主体,无量纲跃升幅值越大,流场演化过程越剧烈,响应时间越长;声速和热扩散率与盘腔响应速度密切相关。

典型进气函数下转静盘腔瞬态响应特性研究

为研究航空发动机转静盘腔非稳态流动的瞬态响应特性,建立了转静盘腔CFD计算模型,采用基于Fluent用户自定义函数(UDF)编程的非稳态数值计算方法,分别研究了进口压力以阶跃函数、斜坡函数和正弦函数变化时转静盘腔的瞬态响应特性,并提出了相应的瞬态响应特性评价指标。结果表明:不同进气函数下的转静盘腔瞬态响应特性存在明显差异,同一进气函数下盘腔中各流动参数的瞬态响应存在不同程度的滞后。阶跃函数的无量纲跃升幅值由1.025变化到1.3时,盘腔平均总压的响应时间增加了3369.2%;斜坡函数的斜坡时间由0.01s增加到0.16s时,盘腔平均总压的响应时间增加了163.9%;而正弦函数的角速度由22rad/s变化到55rad/s时,盘腔平均总压的响应时间缩短了45.6%。不同进气函数下转静盘腔平均总温随时间的变化曲线均呈现出明显的过冲现象,其峰值时间和超调量变化规律与进气函数类型密切相关。

蒸汽/空气预旋系统温降和流阻特性对比研究

为提高燃气轮机冷气品质,基于简化的燃气轮机盖板式预旋系统,采用数值模拟方法,对比研究了进、出口压比和无量纲质量流量、旋转雷诺数对蒸汽和空气预旋系统温降和流阻特性的影响规律,并以二氧化碳作为对比研究对象,分析了其流动特性存在差异的原因。结果表明:空气的预旋温降性能明显优于蒸汽的;蒸汽和空气的预旋温降性能均随进、出口压力或无量纲质量流量的增大而降低;当旋转雷诺数由3.4×10^6增至7.1×10^6时,空气的无量纲总温降逐渐增大,而蒸汽的则先增大后减小;但空气与蒸汽的流阻性能相差不大,其总压损失系数均随无量纲质量流量增加而增大,随旋转雷诺数增大而减小。

预旋喷嘴径向角度对预旋特性影响的数值研究

为了降低低位进气预旋流路的气动损失,针对带有不同径向角度(0°～30°)预旋喷嘴的预旋系统进行了数值仿真,并对流动特性、温降特性和比熵增特性进行了分析。结果表明:随着预旋喷嘴径向角度的增大,预旋系统无量纲温降先增大后减小,流动阻力减小,预旋系统的流量随之增大。旋转雷诺数为2.3×107时,预旋喷嘴带径向角度的预旋系统无量纲温降比传统喷嘴最大可提高18.3%,存在某一角度使预旋温降特性达到最好。预旋系统内的耗散主要发生在预旋腔和共转盘腔内,径向角度为10°时其比熵增变化量分别占整个预旋系统总体比熵增的42.4%和30.2%;合理设计预旋喷嘴的径向角度,能改善预旋腔内气流的流动效果,并且可以减少整个预旋系统的不可逆损失。

转静盘腔中蒸汽/空气瞬态响应特性对比

为对比蒸汽和空气在转静盘腔中的瞬态响应特性,建立了转静盘腔数值计算模型,基于用户自定义函数编程编写了非稳态边界条件,通过CFD非稳态数值模拟方法研究了进口压力以阶跃函数和斜坡函数变化时蒸汽和空气流动的瞬态响应特性。研究表明:蒸汽的瞬态响应特性明显优于空气;同一无量纲跃升幅值下,两种介质瞬态响应过程的总体趋势基本相同;当无量纲跃升幅值由1. 05增至1. 25时,蒸汽总温的超调量比空气平均低45. 9%;斜坡时间由0. 025 s增至0. 16 s时,蒸汽总温的超调量比空气平均低39. 4%;对于同一流动参数,蒸汽的响应时间要明显少于空气。