同心与非同心挤压油膜阻尼器减振特性对比试验研究

针对某小型涡扇发动机低压转子的减振设计问题,开展同心与非同心挤压油膜阻尼器(SFD)的减振特性对比试验研究。设计了与发动机低压转子主体结构和动力特性一致的低压模拟转子,在高速旋转试验器上,分别对带同心SFD与非同心SFD的低压模拟转子进行全转速范围内的动力特性试验,研究了油膜供油压力与不平衡量大小对SFD减振特性的影响。结果表明:非同心SFD会使转子系统临界转速降低;油膜供油压力对非同心SFD减振特性的影响比同心SFD更显著;同心SFD可承受比非同心SFD更大的转子不平衡量,但在较小的不平衡量范围内,非同心SFD的减振效果更好。

含预制孔容器内爆问题的FEM-SPH耦合算法模拟

考虑带预制孔容器内空气的影响,采用三维FEM-SPH自适应耦合算法程序对含预制孔容器在内爆载荷作用下的动态响应过程进行了模拟,与实验所得到的破坏特征参量吻合。同时也用LS-DYNA软件中ALE算法得到的计算结果与FEM-SPH自适应耦合算法得到的结果进行比较,进一步分析了FEM-SPH自适应耦合算法的有效性。FEM-SPH自适应耦合算法能够稳定再现内爆载荷作用下含预制孔容器的爆炸鼓包过程、预制孔毁伤破坏过程以及容器内空气运动过程,可以为容器内爆问题的数值模拟研究提供有效途径。

指尖密封泄漏特性数值计算与试验研究

为了研究不同压差和转速下指尖密封的泄漏特性,建立了CFD多孔介质数值计算模型,计算分析了某型航空发动机指尖密封泄漏特性。为有效验证数值计算模型的有效性,进行了一定压差、转速工况下指尖密封泄漏特性试验。针对压差和转子离心膨胀导致的多孔介质参数改变,根据试验结果对计算方法进行了分析,引入了压差修正系数C_k和离心膨胀修正系数k,并对修正系数进行了确定及验证。结果表明,未引入压差修正系数C_k和离心膨胀修正系数k时,计算得到的指尖密封泄漏特性与试验值会随着压差和转速的增加而偏离;引入压差修正系数C_k和离心膨胀修正系数k后,计算结果与试验值一致,未随着压差和转速的增加而偏离,最大偏差小于11%,平均偏差小于6%。

温度对浮环密封泄漏特性的影响

为揭示不同温度工况下浮环密封封严间隙的变化过程,采用有限单元法和CFD进行了数值计算,并结合试验研究,获得了不同封严气体温度下浮环密封的封严间隙。数值计算得到的泄漏量与试验结果的最大偏差为13.1%,最小偏差为-5.05%,偏差的标准差≤7.23%。数值计算结果与试验结果一致。揭示了不同封严气体温度下封严间隙的变化过程,获得了不同封严气体温度下有效的浮环密封泄漏特性的计算方法 (流程)。

刷式篦齿组合密封性能试验研究

与传统篦齿密封相比,刷式密封作为一种新型密封装置,密封性能改善明显。但在高压差条件下,刷式密封的封严性能提升效果不明显。为满足航空发动机高压差高性能需求,本文设计一种刷式篦齿组合密封来提升刷式密封的综合封严性能。刷式密封和刷式篦齿组合密封泄漏特性的仿真分析及对比试验结果表明,同工况条件下,刷式篦齿组合密封相比刷式密封,其泄漏量可减小34.7%~68.5%,封严性能更优异。因而,刷式篦齿组合密封为航空发动机高压差密封提供新的低成本途径,且结构紧凑、泄漏量低。

后挡板结构对刷式密封泄漏特性影响实验研究

为了研究后挡板结构对刷式密封泄漏特性的影响,模拟航空发动机静态和动态工况,对三种不同后挡板结构的刷式密封泄漏特性进行实验研究。实验结果表明:相比于标准型刷式密封,后挡板结构中设计环形平衡腔能有效缓解刷式密封刷丝滞后效应,但间隙值过大将导致刷式密封性能下降;刷式密封实验件b(有环形平衡腔,与刷丝束之间的间隙为0.2mm)的泄漏参数Φ2保持在7g·√K·mm/(N·s)以内,表现出优异的密封性能,这说明合适的环形平衡腔间隙值设计,能有效缓解刷式密封刷丝滞后现象。根据实验结果,环形平衡腔的间隙设计值应不大于0.4mm。

压力平衡型指尖密封泄漏特性试验研究

模拟航空发动机静态和动态工况,试验研究转速、压比和温度等参数对压力平衡型指尖密封泄漏特性的影响规律,并比较标准型指尖密封和压力平衡型指尖密封的性能。试验结果表明:压力平衡型指尖密封能有效缓解滞后现象,具有优异的密封性能;随着压比的上升,泄漏参数先急剧上升,然后趋于定值;随着温度、转速的上升,泄漏参数减小;与标准型指尖密封相比,350℃高温工况下压力平衡型指尖密封的静态泄漏参数下降约29.4%,动态泄漏参数下降约34.2%。

涡扇发动机双悬臂低压模拟转子设计与动力学分析

某小型涡扇发动机的低压转子在国内首次采用0-4-0双悬臂结构,是一个超两阶弯曲临界转速工作的高速柔性转子,其结构和动力学设计的合理性必须通过试验验证,为降低研制风险、避免设计反复,在研制前期,很有必要针对低压模拟转子开展系统研究。本文遵循主体结构和动力学特性一致等原则,设计了一个低压模拟转子,建立了低压转子和低压模拟转子的有限元分析模型,采用Samcef/Rotor软件计算得到了两个转子的前三阶临界转速、振型和稳态不平衡响应并进行了对比分析。研究表明,低压模拟转子很好地反映了低压转子的实际情况,在低压模拟转子上取得的研究成果完全可以在低压转子上直接应用,为后续开展系统的试验研究奠定了基础,发展了双悬臂高速柔性转子的结构设计和动力学分析技术。

浮环密封泄漏特性数值计算与试验

为了研究不同压差、温度和转速下浮环密封的泄漏特性,建立了CFD数值计算模型,计算分析了某型航空发动机浮环密封泄漏特性。针对转速引起的泄漏量变化,提出了通过有限元方法计算不同转速下密封跑道的离心膨胀量对流场尺寸进行更改;针对温度、压差引起的流体状态参数改变,通过状态方程进行计算,并对本构方程中相关参数进行重新确定。为有效验证数值计算模型的有效性,进行了全工况条件下浮环密封泄漏特性试验。结果表明:随着压差升高,数值计算得到的泄漏量不断趋近试验结果,在压差大于等于0.1 MPa后,数值计算得到的泄漏量与试验结果的平均偏差在6.08%~9.43%。