离心压气机内激波／叶排相互作用

对根部存在疲劳裂纹的某跨音离心级进行了非定常流场数值研究,其中着重关注运动激波／叶排相互作用物理图画及其影响。研究表明:离心压气机中运动激波／叶排相互作用仍然服从一般激波／固壁相交行为规则;叶轮／扩压器间距小以及叶轮尾迹相对较宽造成扩压器内激波剧烈变化;扩压器前伸波深入叶轮通道深度由激波强度及扩压器前缘附近叶表形状决定;扩压器前伸波与叶轮尾缘相互作用可能是本叶轮根部尾缘发生高周疲劳的原因。

低速轴流压气机旋转失速演化机制研究

为深入探讨轴流压气机旋转失速机理,利用全环非定常数值模拟在出口边界添加节流阀模型模拟压气机节流过程,通过试验测量与数值模拟结果对比分析,澄清了低速轴流压气机失速先兆及失速团的产生和演化过程。研究结果表明:压气机在转子叶片安装角存在几何偏差的情况下,spike型失速先兆是由2阶模态的整阶扰动演化而来,并最终直接形成2个大尺寸全叶高的失速团;与轴对称转子模型相比,考虑存在几何偏差的转子模型的数值模拟结果更为接近试验测量结果。

组合压气机气动优化设计与试验验证

以轴流-离心组合压气机为研究对象,根据机械加工改铸造加工节约生产成本的改进目标,对离心叶轮和径向扩压器进行优化设计。全三维数值仿真结果表明,优化设计方案提高了该组合压气机的性能和喘振裕度,达到了优化设计目标。优化设计虽然恶化了离心叶轮与径向扩压器尖区流动,但对离心叶轮叶中及以下区域和后排通道内流动的改善较明显,且对前面的轴流级叶排内部流动基本无影响。试验验证表明,优化设计压气机的性能满足设计指标要求,优化设计技术得到充分验证,为后续类似设计积累了经验。

一种基于多学科的轴流压气机气动初步设计方法及其应用

为实现压气机初步设计阶段的多学科快速迭代,本文提出了一种考虑多学科特征的轴流压气机气动初步设计方法,通过多学科的约束缩小设计参数的取值范围,引入简化的管流法计算轮毂和机匣的气动参数,并据此进行叶片造型,将流道和叶片几何提供给其他专业用于设计和可行性评估。基于这种方法编制设计软件用于校验其可行性和精度,结果显示其部分参数(如马赫数、D因子和De Haller数)的计算精度满足初步设计阶段的要求。但是该方法在计算展弦比、弦长和重量估算等方面误差超过了10%,需要进一步改进以提高精度。本文对于压气机多学科设计和工具的发展有参考与借鉴意义。

一种采用遗传算法优化离心叶轮结构的方法

针对高功重比航空发动机离心叶轮结构减重需求及传统多目标优化难以实现全局优化的特点,以强度计算模块获取的全局样本数据为基础,对代理模型生成的响应面采用多目标遗传算法反复迭代寻优。利用整体-局部的结构优化过程,获得参数化离心叶轮结构设计的全局最优解,并结合应力质量分数与叶尖变形分布的对比,验证了离心叶轮结构优化对结构性能的影响。结果表明:运用Kriging代理模型-遗传算法分步优化,能有效提高离心叶轮结构质量的利用率,改善结构稳定性,获取目标最优结构。

坦克装甲车辆航改燃气轮机动力技术

燃气轮机应用于坦克装甲车辆主动力系统具有低温起动快、扭矩特性好、功率密度高等优点,可有效补充现役装备在高原高寒等特殊地域作战能力,也符合下一代车用平台大功率、燃电混合驱动等技术发展需求.利用航空发动机技术成果改进研制车用燃机,可充分缩短研制周期,降低研制风险与成本.本文分析了装甲车辆动力发展需求,描述了航改燃机的优势特点和技术方法,并介绍了国内研究单位在此领域所进行的研究工作进展.

某型涡轴发动机压气机离心叶轮叶片多种振动特性试验方法对比研究

以某型涡轴发动机压气机离心叶轮叶片为研究对象,采用3种不同的试验系统研究该叶片的振动特性。仿真结果表明,压电纤维复合材料(Macro Fiber Composite,MFC)作为激振源的试验系统,在叶片振动特性的试验中可以较准确地获得叶片的振动频率,并且能够得到叶片的振型。MFC能够激起叶片更高阶的振动,是使用力锤激振所不具备的条件,因此在叶片高阶模态振动的研究中MFC更具优势。

压气机试验件转子连接螺栓断裂失效分析

某型低压压气机试验件在进行试验时发生故障,转子连接螺栓发生断裂。螺栓冶金分析的结果表明16个连接螺栓的断裂位置全部都在螺母贴合面附近,断口有两类:10个螺栓拉断,6个螺栓拉弯断裂,全部为过载断裂,螺栓硬度偏设计值下限。后续对该螺栓的强度进行了分析,对不同强制位移下螺栓承受的轴向力进行了分析,并对9个螺栓断裂后剩余螺栓的轴向载荷、位移变化情况进行了分析。得到的结果能很好地验证试验件螺栓断裂的失效形式。

先进通用核心机派生发展的理念、方法及实践

概述了核心机派生发展发动机的历史背景和某些典型派生发展案例。阐明了先进通用核心机及其派生发展的理念及优势,给出了先进通用核心机派生发展的基本方法,包括通用核心机流量选择、热力循环参数选择、部件构型选择、部件高效稳定工作范围确定等。此外,从市场定位、先进性确定、核心机方案设计等方面介绍了某先进通用核心机的研发历程,并阐述了由其派生发展的飞机用涡轴、涡桨、涡扇航空发动机以及车用燃气轮机产品的研制。通过实践表明了先进通用核心机派生发展的可能性及由此带来的降低风险、缩短周期、节约经费等方面的优势。

小尺寸多级轴流压气机喘振现象试验

针对某小尺寸多级轴流压气机,在首级转子叶顶沿弦向布置Kulite动态压力传感器以及在后面级插入高频压力探针,通过动态测量试验,研究不同转速下多级轴流压气机喘振现象.结果表明:在中高转速下,该压气机深度喘振是由模态波扰动发展成旋转失速,从而引起流动堵塞,最终导致流动崩溃所造成的;在低转速下,压气机轻度的经典喘振由模态波直接引起的,在喘振周期内一直伴随有旋转失速的产生、发展和消失.

离心压气机发展现状与展望

离心压气机的单级增压比高。结构设计简单，维护方便，在中小型航空涡轮发动机和辅助动力装置上应用广泛。目前，单级离心压气机的增压比和效率均呈现出不断提高的趋势，因此可用单级离心压气机代替多级轴流或轴流＋离心组合压气机。

组合压气机发展展望

涡轴发动机的压气机按照结构分为单级离心、双级离心、轴流＋离心组合、斜流＋离心组合等形式。随着计算流体力学（CFD）技术的成熟和广泛应用，在下一代涡轴发动机中，斜流＋离心的组合压气机将成为主流。

特性叠加法对双级离心压气机试验的分析应用

完成了某双级离心压气机的试验特性录取,在各分级特性满足指标要求的情况下,双级试验设计点性能明显低于设计指标。对比各级在双级中的特性以及在双级中的匹配特征发现:双级中的进口级性能与单独进口级吻合较好,而出口级径向扩压器叶顶与盖板采取的压紧连接方式,因高温、高压变形会产生较大的间隙泄漏损失,使得出口级性能恶化并导致双级离心提前喘振,这在叠加双级特性结果的对比中得到了进一步确认。

涡轴/涡桨发动机压气机流动特点与发展趋势

首先,介绍了涡轴/涡桨发动机的现状与发展历程以及涡轴/涡桨发动机压气机的主要结构形式与技术特点。其次,从压气机的内部流动特点角度,详细介绍了涡轴/涡桨发动机组合压气机中的轴流级相比大推力涡扇发动机轴流压气机的内部流动特点与流场改善措施,及涡轴/涡桨发动机普遍采用的离心压气机中离心叶轮和扩压器的内部流动及匹配的特点。然后,对涡轴/涡桨发动机压气机内部流动失稳和扩稳措施进行了分析。最后,对未来的涡轴/涡桨发动机压气机的发展趋势进行了展望。

小尺寸多级轴流压气机级间干扰现象试验

针对某小尺寸多级轴流压气机,利用Kulite动态压力传感器以及高频压力探针,测量不同转速下转子叶顶动态静压分布以及级间流场,并对测得的动态压力信号进行分析,研究多级压气机转/静干扰作用。结果表明:高转速下,首级转子叶顶测得的流场能够反映典型的超声叶栅流动特征,多级压气机存在的级间干扰作用只影响到首级转子出口流场;中等转速下,级间干扰作用非常显著,影响到首级转子进口,并随压气机节流级间扰动强度增大。对这些级间扰动的对应频率进行模态分析,从而获得了非定常级间扰动的传播速度和模态数。

进气畸变下压气机过失速三维非定常模型探索

针对原压气机稳定性三维分析模型CSAC(compressor stability analysis code)加以改进,添加了轴对称左支特性。采用改进的CSAC+模型分析了NASA Rotor37在周向总压进气畸变下的稳态性能和失速起始特性,并与软件NUMECA模拟结果进行了对比,两者模拟的特性趋势一致,畸变进气下CSAC+近失速点压比与NUMECA的误差为1.05%。针对近失速点流场分析发现:随着流量的减小,在畸变区边缘的转子叶尖首先出现低速甚至逆流区,可认为该区域为失速起始位置。利用CSAC+模拟了该压气机过失速状态下的主要流动特征,分析得出进气畸变下该失速先兆为模态波,完全发展后为部分叶高失速,失速团占据约40%叶高,其传播频率约为转子转动频率的60%,并在传播过程中显示出周期性的剥离和融合过程。

自适应处理机匣在多级轴流压气机中的应用

设计了一种环腔导流片式自适应处理机匣,采用定常数值方法研究了不同导流片形式对亚声多级轴流压气机流场的影响。结果表明:导流片与转子弦向垂直时的处理机匣减弱了叶尖前缘溢流强度,抑制了间隙泄漏流发展,提高了转子叶尖通道的流通能力,使得压气机在0.8倍设计转速以上特性基本保持不变的同时,大幅度提高了低转速的稳定裕度,其中0.7倍设计转速时近失速点总压比增大10.2%,近失速流量拓宽8.5%,体现出较好的自适应扩稳能力。

小流量离心压气机温度畸变器设计和试验

利用电加热管设计了小流量压气机温度畸变发生器,针对某小流量压气机的温度畸变要求,对温度畸变发生器进行畸变指数标定试验,得到满足温度畸变指数要求的畸变发生器运行参数、总压恢复系数和总压畸变指数;将温度畸变发生器安装至压气机试验件,进行压气机性能试验,得到压气机在温度畸变条件下的气动性能。结果表明:满足温度畸变指数要求的电加热管需运行4~5根,单根功率为3 kW,进口物理流量需不大于3 kg/s;在该畸变发生器运行参数下,压气机峰值效率最大下降了1.3%,喘振边界无明显影响。

大型客机辅助动力装置压气机设计技术

压气机作为大型客机辅助动力装置的核心部件,在提高辅助动力装置核心机循环参数和功重比,满足飞机发动机起动、地面维护、座舱环境控制条件下的引气需求等具有重要作用,其设计是涉及到气动、结构、强度、振动等多学科的复杂过程,优先开展相关关键技术研究与攻关,可以为后续工程应用奠定基础。辅助动力装置(APU)是一种小型燃气轮机以及飞机的重要机载成品。