基于AMESim的液压模式冲压空气涡轮系统仿真研究

冲压空气涡轮系统(Ram Air Turbine, RAT)是飞机应急能源系统,紧急情况下为飞机提供应急能源,用于飞机的操控。在分析涡轮调速机构原理基础上,建立了涡轮部件调速机构的动力学方程,并在AMESim中建立了涡轮部件仿真模型。分析了RAT液压泵的原理,结合柱塞液压泵调压、卸荷原理,建立了RAT液压泵的动力学方程,并在AMESim中建立RAT液压泵仿真模型。在涡轮部件和RAT液压泵模块基础上,建立液压模式RAT系统仿真模型,分析了液压模式RAT的性能,为液压模式RAT的设计和分析提供了一种方法。

冲压空气涡轮气动设计及其规律研究

冲压空气涡轮是飞机的应急动力装置。依据叶素动量理论对冲压空气涡轮叶片进行气动设计,对设计的冲压空气涡轮进行计算流体力学仿真,研究了来流速度、安装角与冲压空气涡轮输出功率的关系,不同偏航角对冲压空气涡轮性能的影响及评估方法,绘制冲压空气涡轮输出功率随来流速度、安装角的变化曲线。研究发现,偏航角小于15°时,冲压空气涡轮的性能下降满足cos 3γ评价法则,但随着偏航角的增大,这个法则不再适用。

液压模式冲压空气涡轮系统联合仿真研究

冲压空气涡轮系统(RAT)是飞机的应急能源设备,在相对气流的作用下为飞机提供应急能源。为研究液压模式RAT启动性能、动态调速新能及应急能源输出特性,分析液压模式RAT工作原理,分别在Motion和AMESim环境中建立液压模式RAT的动力学模型和液压仿真模型。通过构建两模型之间的接口文件,建立了液压模式RAT的联合仿真模型,实现了动力学与液压的联合仿真。仿真结果与理论分析一致,验证了联合仿真方法的可行性,为液压模式RAT的设计和仿真分析提供了一种方法。

冲压空气涡轮系统辅助功能分析及应用

冲压空气涡轮系统是飞机的应急能源设备,应急状态下可为飞机提供应急液压能/电能。冲压空气涡轮系统的辅助功能可有效配合其主功能,提高系统性能,增加冲压空气涡轮系统使用、维护过程的安全性等。针对国内多型冲压空气涡轮系统研制需求,总结了国内外冲压空气涡轮系统的主要辅助功能,并分析了辅助功能的典型实现方式,为冲压空气涡轮系统的需求分析、方案设计提供指导。

冲压空气涡轮叶片设计和气动性能数值模拟

冲压空气涡轮(RAT)是飞机应急能源系统的能量提取部件,涡轮叶片设计和气动性能研究是实现风能高效利用的关键。针对某型飞机应急能源系统的功率需求,依据叶素-动量理论设计RAT叶片,采用计算流体力学(CFD)方法以多重旋转坐标系(MRF)模型模拟可变桨距RAT全三维混合流场,研究涡轮输出功率和风能利用系数随来流速度和飞行高度变化特性,分析涡轮叶片上流体压力和流速分布特点。结果表明:RAT输出功率和风能利用系数随来流速度和桨距角而变化,飞行包线内不同飞行高度下RAT具有不同的动力性能;通过调整桨距角可以实现RAT的恒功率输出;整个流场流动状况比较理想,但仍有改进空间。

冲压空气涡轮泵的温控节流孔计算方法

冲压空气涡轮(RAT)泵将涡轮输出的机械能转换为液压能用以操控飞机舵面,其快速起动是飞机安全的最后保证。长时间处于低温大气环境,液压油的高黏性阻碍了液压泵的快速起动,将飞机主液压系统的高压油液引入RAT泵是解决该问题的有效方法。本文以RAT泵为研究对象,探究RAT泵的最小温控节流孔计算方法。首先,阐述RAT泵待机状态下通过温控节流孔保温原理,提出温控节流孔的孔径计算方法;其次,建立RAT泵热力学模型,推导温控节流孔的孔径计算公式;然后,基于MATLAB平台搭建RAT泵温控系统热力学模型;最后,通过仿真计算,由仿真结果验证本文所提出的温控节流孔计算方法的正确性,且节能效果显著。

可调桨距冲压空气涡轮气动特性实验与数值分析

冲压空气涡轮风洞实验主要目的是采用相似准则,模拟空中加油工作状态,测量涡轮输出功率,分析涡轮气动特性。实验分别使用励磁发电机和加油泵作为测功器,通过调桨变距并测量最大输出功率。气动特性实验表明在风洞气流速度比加油机最小飞行速度低16%的条件下,冲压涡轮输出功率即可满足加油需要。论文还采用高数值稳定性代数Baldwin-Lomax湍流模型模拟冲压涡轮全三维混合型流场,分析流场主要气动特性,讨论桨叶表面载荷的分布。数值模拟结果显示在冲压空气涡轮桨叶近轮毂区域需要进一步优化。

可变桨距冲压空气涡轮混合型流场数值研究

冲压空气涡轮流场数值研究主要目的是模拟在实际高空加油工作状态下涡轮变桨距气动特性 .数值风洞实验采用代数Baldwin Lomax湍流模型 ,雷诺平均Navier Stokes方程 ,模拟可变桨距冲压空气涡轮全三维混合型流场 ,并分析其流场主要气动特性 ,探讨桨叶载荷分布原因 ,然后将数值模拟结果与风洞实验数据进行了比较 .改进桨叶近轮毂区域气动性能可进一步提高冲压涡轮载荷 .

亚音速涵道式冲压空气涡轮性能数值仿真

空中加油吊仓多采用"涵道式冲压空气涡轮"(Ducted Ram Air Turbine,以下简称DRAT)作为动力装置。空气涡轮性能的优劣直接影响DRAT的工作性能。为了对吊仓飞行高度以及飞行表速对空气涡轮性能影响进行研究,找到减少涡轮流动损失,提高系统的输出功率和效率的方法。采用NUMECA软件对涡轮流动进行叶轮机械数值仿真,对涡轮飞行包线内性能变化进行分析,得到了涡轮在飞行包线内的最小功率点和对应的最小功率,并通过对空气涡轮性能分析,建立一套关于空气涡轮性能的可行和实用的数值仿真方法。

冲压空气涡轮性能的局部改进升力线算法

将现代螺旋桨的改进升力线算法应用于冲压空气涡轮性能计算，结合冲压空气涡轮结构特性对叶片模化作了局部改进．对一个冲压空气涡轮模型作了计算，与实验结果和改进升力线法的对比表明，局部改进后的叶片环量和诱导速度分布合理，计算精度和宽度有明显改善，与实验符合较好．

半刚性尾涡在冲压空气涡轮性能计算中的应用

与Ｇｏｌｄｓｔｅｉｎ假设一致的刚性尾涡是螺旋桨升力线（面）计算中的常用模型，适于轻负荷工况，但在较大负荷工况时则有一定的误差．与Ｔｈｅｏｄｏｒｓｅｎ假设一致的半刚性尾涡将Ｇｏｌｄｓｔｅｉｎ尾涡推广至较大负荷工况．对Ｔｈｅｏｄｏｒｓｅｎ尾涡模型应用于冲压空气涡轮升力线计算进行了探讨，对一个模型冲压空气涡轮作了计算，给出了涡距、诱导速度、环量及叶素风能利用系数，其分布趋势合理，风能利用系数与实验值符合的较好．

10kW冲压空气涡轮叶片的气动设计与数值模拟

基于Wilson理论方法,采用MATLAB编程仿真软件作为优化工具,对冲压空气叶片进行设计,计算出冲压空气涡轮叶片24个截面处的弦长和安装角,通过多项式拟合进行修正,利用Solid Works三维实体建模。运用NUMECA对模型进行数值模拟,分析不同安装角和风速下其输出功率,得到5种安装角下风速-输出功率的曲线图,并分析了设计工况下的叶片静压分布,以及不同叶高处的速度矢量图。

升力面方法在冲压空气涡轮性能计算中的应用

应用现代螺旋桨升力面元方法计算冲压空气涡轮的气动性能，叶片采用单层涡模型，尾涡采用与Ｇｏｌｄｓｔｅｉｎ假设一致的刚性尾涡，将螺旋马蹄尾涡视为开口涡环以便于编程。对一个模型冲压空气涡轮作数值计算，在小负荷和较大负荷工况下风能利用系数均与实验值符合的较好，涡元控制点的诱导速度和环量分布合理。

吊舱发电系统涵道式冲压空气涡轮叶片性能的研究

涵道式冲压空气涡轮是提供飞机吊舱自主发电系统能量的关键部件,其性能直接影响系统的效率。在对比了不同翼型的气动性能之后,优选出具有NACA6321、NACA23015和NACA4412三种翼型的叶片NACAZ1、NACAZ2和NACAZ3作为吊舱发电系统实验用涡轮叶片。采用优化Glauert方法,对上述3种叶片的推力系数、扭矩系数、功率系数与叶尖速比之间的关系进行了计算。计算结果表明:同样风速条件下,NACAZ2的推力系数和扭矩系数最大,NACAZ1的最小;在叶尖速比为2时,NACAZ2叶片的功率系数比NACAZ1的大16%。实验表明:NACAZ2的功率系数最大,NACAZ3的功率系数与NACAZ2的相近,叶尖速比为2时,NACAZ2的功率系数比NACAZ1的大37%。具有NACAZ2叶片的实验涡轮启动性能好,输出功率较大,综合性能较优。

液氢推进剂预冷却空气涡轮冲压发动机性能模拟

为提高常规空气涡轮冲压发动机性能并扩展工作范围,加入液氢预冷系统,使用液氢作为预冷剂及推进剂,建立了使用液氢作为燃料的预冷空气涡轮冲压发动机性能计算模型。在给定航迹和调节计划下计算并分析了高空高速、低空低速下发动机的性能。仿真结果显示加入预冷器、使用液氢作为燃料可以极大的扩展ATR发动机的工作范围,并在整个飞行包线内极大的提高了ATR发动机的性能。

冲压空气涡轮泵供应系统方案设计及特性分析

为了把冲压空气为动力的涡轮泵供应系统从亚燃冲压发动机拓展应用至超燃冲压发动机,基于煤油燃料的双燃烧室冲压发动机(DCR)提出了一种冲压空气涡轮泵供应系统方案。供应系统的设计方案中,对涡轮泵选型、系统的调控策略及取气/排气方案进行了初步设计。同时,建立了供应系统的静态模型,通过系统压力、流量及功率平衡组成非线性方程组,使用牛顿迭代法对非线性方程组进行数值求解,得到了冲压空气涡轮泵供应系统在不同工况下的静态特性。最后,分析了飞行Ma范围在3.5~5.5下涡轮泵的性能和调节的变化规律。结果表明,涡轮所需的空气流量约占DCR发动机捕获空气总流量的3%,取气方案对发动机气动性能影响不大;离心泵的特性参数相对稳定,可以一直处于高效率工况下工作,但系统对增压后的燃料利用不足,造成涡轮功率利用率较低。

冲压空气涡轮释放过程运动学分析

冲压空气涡轮作为飞机上的应急能源,能在出现紧急情况时提供电能,保证飞机上电传操控和电子设备的正常工作。本文以冲压空气涡轮为研究对象,基于机械运动原理对系统模型进行了简化,基于刚体假设,结合MATLAB软件从理论上研究结构在释放过程中的运动学问题。给出了冲压空气涡轮系统释放过程中各个关节空间位置的理论求解方法,得到了关节在空间中的运动轨迹和对应的速度时间曲线、加速度时间曲线,结果表明:冲压空气涡轮系统的释放过程在1 s以内,释放速度较快,且各关节在释放初始阶段速度、加速度响应较大。本文的工作可为后期不同冲压空气涡轮系统构型的初步设计提供理论依据,指导冲压空气涡轮释放的仿真计算和试验。

某型冲压空气涡轮试验器测控系统设计与实现

根据某型冲压空气涡轮的试验要求,并结合当前先进的计算机测控技术,设计了采用PID闭环控制的寿命考核试验器测控系统,开发的应用软件满足试验技术指标、测控精度高、操作维护方便、实现了试验控制、数据自动记录和重复利用等功能;系统运行稳定,可靠性高;应用结果表明:该系统满足试验器的试验要求,具有良好的实用性。

民用飞机冲压空气涡轮门设计

民用飞机冲压空气涡轮门位于冲压空气涡轮舱外部,是一个功能较多的舱门。不仅要满足飞机正常使用时机身气动外形面一致,承受飞行载荷并维持飞机结构的完整性,还要满足应急情况下冲压空气涡轮正常释放,供飞机应急用电使用。随着适航要求的日趋严格,冲压空气涡轮门设计也将更为复杂。

高速飞行器空气涡轮发电系统仿真与评估

针对高速飞行器的高空发电问题,提出了一种以高温高压的冲压空气作为工质的预冷-两级膨胀的空气涡轮发电系统。采用理论分析计算与软件模拟仿真计算相结合的方法,建立了高速飞行器空气涡轮发电仿真模型,对空气涡轮发电系统进行性能分析,并采用起飞总质量法对发电系统进行评估分析。结果表明,高速飞行器在飞行高度30 km和飞行马赫数为6的飞行条件下,发电系统所需冲压空气0.0945 kg/s,在换热器处与JP-7燃油充分换热,使得涡轮前冲压空气温度降低至1196.36 K,保护涡轮不受高温损伤,同时发电系统可以稳定输出28.2 kW电量供用电系统及用电设备使用,此外,经换热后的燃油进入发动机,在很大程度上提高了系统的经济性。