耦合三维CFD的多级压气机气动扩稳预测模型研究

为将扩稳措施对压气机级局部流场的扰动与多级压气机喘振边界相关联,准确预测各种扩稳措施对多级压气机喘振边界的影响,基于三维CFD数值模拟技术对包含扩稳措施的压气机级特性的预测方法与基于“激盘-滞后-集聚容积”一维单元体稳定性预测模型进行耦合,建立了多级压气机气动扩稳数值模拟的预测模型,实现了对多级压气机喘振边界和扩稳效果的预测。应用发展的预测模型,对某三级轴流压气机在叶尖微射流作用下的喘振边界进行了预测分析,证明了本文预测模型的可靠性和有效性。预测结果表明,在压气机转子叶尖前缘的微射流,能够明显提高压气机的效率,并提高压气机级的稳定裕度。数值模拟结果同时揭示了多级压气机中不同级和不同位置扩稳对多级压气机喘振边界具有明显不同的影响,某型压气机第三级转子叶尖微射流扩稳设计能够有效提高压气机的稳定性。

直驱式涡旋机接触力控制方法研究

针对涡旋机侧向密封过程中,动涡盘和静涡盘接触力难以控制的问题,结合动涡盘圆周平动特点,在分析了涡盘接触力模型的基础上,提出了一种基于法向-切向坐标系下的动涡盘运动控制策略以及主动柔顺控制方法。首先,介绍了经典柔顺控制的原理,分析了XY直角坐标系下经典柔顺控制方法的不足;然后,提出了法向-切向坐标系这一概念,通过推导基于法向-切向坐标系下各运动变量之间的关系,对动涡盘的运动控制系统进行了总体设计;最后,采用MATLAB/Simulink软件搭建了涡旋机的接触力模型及其控制模型,并采用模型对上述方法进行了可行性验证,采用实验分别得到了动涡盘平动速率不变而接触力设定值改变时的实际接触力曲线,以及接触力设定值不变而动涡盘平动速率改变时的实际接触力曲线。研究结果表明:接触力的实际值与设定值的跟踪误差在2%以内;改变接触力的设定值后,接触力的实际值能在0.3 s左右跟踪到新的设定值;当动涡盘平动速率突然改变后,接触力的实际值能在0.2 s左右回到原来的平衡状态。以上结果说明,基于法向-切向坐标系下的主动柔顺控制方法可以有效地控制涡盘平动过程中的接触力。

基于摆角电机的直驱涡旋压缩机相角调整方法

针对直驱涡旋压缩机动、静涡旋盘安装相角无法调整的问题,提出了一种基于摆角电机的直驱涡旋机相角调整方法。首先,提出了基于摆角电机的直驱涡旋机架构方案,分析了动涡旋盘型线特点及其相角调整的机理;然后,提出了动涡旋盘相角调整的方法,即通过动涡旋盘运行轨迹上任意3个非重合点,推算出了动涡旋盘的平动轨迹圆半径,在确定动涡旋盘的调整相角方向后,进行了相角调整寻优;最后,搭建了直驱涡旋压缩机相角调整的实验平台,对上述方法的可行性进行了验证。实验结果表明:当动涡旋盘的调整相角为-4°时,推算的平动轨迹圆半径达到最大R=4.686 mm,理论计算平动轨迹圆半径r=4.721 mm,两者之间相对误差为0.73%。研究结果表明:利用该方法可有效调整涡旋压缩机动涡旋盘的相角。

涡轴发动机压气机盘裂纹扩展寿命研究

为提高发动机关键件的损伤容限设计水平,对涡轴发动机压气机第一级叶片盘裂纹扩展寿命开展了系统的计算分析和试验研究。建立了轮盘的裂纹扩展有限元分析模型,对轮盘工作状态下的应力、裂纹扩展几何历程和裂纹扩展寿命进行了计算分析。在立式轮盘试验器上分多阶段开展了一级叶片盘的裂纹扩展试验,试验后对轮盘及其断口进行了宏观、微观检查,对断口裂纹扩展寿命进行了定量计算。试验结果证明三维裂纹扩展仿真分析方法有效、可靠且精度较高。为涡轴发动机压气机典型零件裂纹扩展分析积累了宝贵的经验。

轮盘疲劳可靠性分析的Monte-Carlo数字仿真

低循环多轴疲劳失效是航空发动机低压压气机轮盘的主要失效形式。轮盘是一种价格昂贵的部件,对其进行部件的可靠性试验在经济上难以承受。据此以临界平面法为基础,通过Ansys有限元分析与材料的应变疲劳试验相结合,利用Monte-Carlo数字仿真方法,确定了轮盘寿命的分布形式,建立了轮盘疲劳可靠性模型,并编制了轮盘疲劳可靠性分析软件,对某型轮盘进行了疲劳可靠性分析。与传统的确定性方法相比更加符合轮盘的失效状况,与基于真实轮盘的试验相比则可以有效降低试验费用,缩短试验周期。

压气机轮盘疲劳寿命影响参量的灵敏度分析

压气机轮盘的材料参数与所受应力水平等因素对轮盘寿命有重要影响,就轮盘疲劳寿命对各相关参量的灵敏度进行了详细的分析计算,确定了寿命对各相关参量的敏感程度,绘制了相应的疲劳寿命影响参量灵敏度曲线.计算分析表明,轮盘寿命对轮盘疲劳强度参数与应力的灵敏度影响较大,在各参数中对疲劳强度指数的灵敏度影响是最大的,灵敏度达到了10,当疲劳强度指数值发生变化时将引起疲劳寿命值的很大变化.轮盘寿命对疲劳延性参数的灵敏度较小,其中对疲劳延性系数的灵敏度值小于1且变化不大,可以近似认为是一个常数.通过对各参数的灵敏度分析,在设计中就可以根据寿命对各参量灵敏度的不同,合理确定轮盘的材料、结构和加工工艺.这也是进一步进行优化设计和可靠性设计的基础.

TC11钛合金盘等温流变成形的数值模拟及其生产应用

针对钛合金压气机盘的等温流变成形过程 ,应用有限元数值模拟方法 ,对热加工规范许可的某一成形温度和不同应变速率下的流变成形过程进行了分析和比较。模拟结果包括一系列人机交互自动生成的流变过程图、等效应变场、挤压力曲线及等温度场等 ,从数值模拟“实验”的角度 ,对热流变成形过程进行了不可逆过程热力学分析 ,并对等温流变成形件进行了低倍流线、金相组织。

压气机盘疲劳可靠性数字仿真分析

以多轴疲劳的临界平面法为基础,应用随机有限元法确定了压气机盘榫槽部位应力的分布参数,通过标准试样的应变控制低循环疲劳试验确定了材料参数的分布,采用数字仿真分析技术,得到了压气机盘寿命的分布形式和分布参数,建立了压气机盘疲劳可靠性模型.由仿真分析结果可知此方法是可行的,它可以有效降低压气机盘的试验费用,缩短试验周期,具有较高的精度.

TC11钛合金压气机盘的模锻工艺优化

TC11钛合金是生产发动机叶片和压气机盘的重要材料,随着对发动机安全可靠性能要求的提高,得到变形均匀的压气机盘锻件十分重要。根据制定的TC11钛合金热加工图,确定该合金压气机盘的基本锻造工艺。结合热力耦合刚粘塑性有限元法和正交设计方法,研究不同坯料尺寸、模具温度和变形速度对压气机盘成形工艺的影响,提出以变形均匀性函数为目标函数优化压气机盘的成形工艺,最终优化TC11钛合金压气机盘的锻造工艺。

基于多轴疲劳模型的轮盘低循环疲劳寿命预测

充分考虑多轴应力对疲劳寿命的影响,对应用多轴疲劳寿命模型进行轮盘的低循环多轴疲劳寿命预测作了探讨,并结合具体工程实例进行了应用研究。确定了轮盘危险平面的位置,确定了危险平面上的相关参量,应用多轴疲劳模型进行了寿命评估,计算结果显示应用多轴疲劳模型进行轮盘的低循环多轴疲劳寿命评估,所得结果与轮盘的试验结果符合得较好,研究结果具有一定的实际工程意义。

TC11钛合金压气机盘闭模锻造过程中的缺陷预测

TC11钛合金压气机盘在实际生产中存在各种缺陷,降低了压气机盘的使用性能。将基于试验数据建立的TC11钛合金高温塑性变形时的延性损伤演化模型以及本构模型与有限元相结合,对某TC11钛合金压气机盘等温闭模锻造过程中的温度、等效应变和损伤变量的分布进行了数值分析,同时预测了塑性失稳区的位置。为优化其成形工艺提供了一种有效的方法。

轮盘疲劳寿命的参量敏度分析

低周多轴疲劳失效是航空发动机压气机盘失效的主要形式。轮盘的失效往往导致极其严重的后果。本文采用差分法就轮盘疲劳寿命对各相关参量的敏度进行了分析,确定了寿命对各相关参量的敏度,并用参量敏度曲线图进行了直观的表示。

航空发动机压气机盘瞬态温度场的数值研究

利用ANSYS/Thermal瞬态热分析功能对压气机盘腔进行了瞬态温度场数值模拟,并将模拟结果与试验数据进行比较,验证了压气机盘边界条件计算方法的可靠性和ANSYS软件作为压气机转子瞬态温度计算工具的有效性。

某航空发动机高压压气机盘的振动特性分析

基于含预应力结构模态分析的有限元理论,对某典型航空发动机压气机盘进行振动特性分析。根据初始设计参数,在通用有限元软件中建立起盘的三维有限元模型。首先计算了盘在不旋转时的频率和振型,然后计算了盘在常用转速下存在预应力时的频率和振型,并分析了离心负荷对盘固有振动特性的影响。最后分析了盘的行波振动特性,计算了节径振动的行波频率,考虑盘外缘叶片受到的周期性气体力对盘的激振影响,画出共振特性曲线,为后续结构分析和排故提供依据;同时发现盘的驻波临界转速高于盘的最大工作转速,表明该盘不会发生驻波共振,对保证该发动机的可靠工作具有重要意义。

基于蚁群算法活塞压缩机盘形活塞的优化设计

针对盘形活塞的结构特点,以盘形活塞的重量最小为优化目标,同时确定影响活塞重量的设计变量,以盘形活塞的弯曲应力、切应力以及挤压应力为约束函数。优化算法采用了蚁群算法,可以求解出目标函数的全局最优解,经过计算验证该方法具有精度高、容易实现等优点。

压气机和涡轮双性能盘的制造方法

采用双重组织-双重性能的压气机和涡轮盘更能适应温度梯度和应力梯度增大的工作要求,它可采用局部形变热处理法、径向定向再结晶法、组合制坯等温锻造成形法等工艺制造。

制冷系统涡旋压缩机涡旋盘重构与反求技术研究

涡旋盘是影响滤油机制冷系统涡旋压缩机性能的主要部件,在逆向工程反求基础上,通过激光扫描方式获取涡旋盘点云数据,比较了接触式测量和非接触式测量的优缺点。利用Imageware进行了点云数据处理,通过Imageware导入扫描所得到的点云,选择保留原始数据,在显示中选择隐藏选择对象,对剩下的点云部分进行圈选,直到点云近似于一条直线。基于CATIA软件平台对涡旋盘进行了重构和反求,运用在点云上生成断面功能,将实体部分隐藏,在截出图形上选择点列,切换到创成式外形设计模式,构建新的曲线和平面,按照涡旋盘实体对图形进行倒角等修改获得最终涡旋盘成品。

离心式压缩机叶轮转子抛光的节能原理及应用

针对大型钢铁企业制氧厂用DH - 71型离心式空压机进行节能技术研究 ,论述对压缩机叶轮转子进行打磨抛光的节能原理及工艺方法。

GH4169合金热模锻直接时效压气机盘件的组织与性能

用热模锻技术成功锻制出我国目前最大推力的航空发动机压气机用437 mmGH4169合金直接时效盘件。通过光学金相检验、室温和650℃拉伸试验、650℃/700 MPa组合持久及595℃/825 MPa蠕变试验,对比研究了该盘件与普通盘件的组织和性能。结果表明,热模锻技术成功克服了模具的激冷影响,获得了尺寸精化、组织均匀的盘件。该盘件的组织性能全部超过了该发动机的技术要求。与普通模锻工艺相比,热模锻工艺的单件节材35 kg,材料利用率提高30%左右,且工艺的可控性和稳定性更好。

压气机盘腔径向引流减涡器研究综述

径向引流减涡器通常位于航空发动机压气机盘腔中,通过抑制气流周向速度的发展从而降低空气系统引气过程中的压力损失,对于提升发动机效率有着十分重要的作用。本文对压气机盘腔径向引流减涡器的相关研究进行综述。研究表明:常用的减涡器包括减涡管、去旋喷嘴、翅片和导流板等结构。其中,管式减涡器的研究和应用最多,其减阻效果较好,但存在着质量较大,且在高速旋转时易产生振动等问题;去旋喷嘴质量较轻,但也有着流量不稳定的现象;导流板同样有着安装和稳定上的问题。有学者尝试对减涡管和去旋喷嘴的结构进行改进,均取得了一定的优化效果。通过对现有研究的梳理可以发现:目前还缺乏描述总压损失的理论模型,熵分析可以作为新的入手点研究总压损失机理。近期研究表明总压损失主要出现在转折位置,这一点与静压损失有所不同,也为减涡器的改进优化提供了思路。