气流激振力作用下旋转冲压转子动力学响应

对旋转冲压发动机转子涡动时压缩进气道的内部流场进行数值仿真,建立作用在转子上的气流激振力非线性模型,结合旋转冲压转子-动静压混合气体轴承系统的有限元模型,通过数值仿真获得复杂气流激振力作用下旋转冲压转子-动静混合气体轴承系统非线性动力学响应。研究结果表明,旋转冲压转子的偏心距对复杂气流激振力作用下转子轴承系统的振动特性具有显著影响。

旋转冲压发动机冲压转子盘腔冷态流场数值模拟

旋转冲压发动机是一种没有叶片和活塞的基于冲压压缩技术的新概念发动机,冲压转子是其惟一的核心转动构件。通过应用商用CFD(NUM ECA)软件,基于三维定常N-S方程和B-L湍流模型,对旋转冲压发动机冲压转子盘腔冷态流场进行了数值模拟,着重分析了其旋转冲压压缩效果和流场结构。分析结果表明,冲压转子能有效实现超声冲压压缩,进气道激波结构类似于超声进气道,但略有差异;盘腔内流场结构是带有周边小旋涡回流和低压中心区的大旋涡结构,这种流场结构有利于燃油供应和燃烧组织。

冲压转子发动机切向驻涡燃烧室

介绍了冲压转子发动机的工作原理,提出了适用于这种发动机的切向驻涡燃烧室新概念;讨论了切向驻涡燃烧室的基本气动热力学和结构特点,并用数值计算方法对其进行了初步研究,给出了初步试验结果。

旋转冲压发动机冲压转子振动模态分析

简要介绍旋转冲压发动机冲压转子设计的工作原理及安装结构,以ANSYS有限元分析软件为平台,建立发动机冲压转子的有限元模型,并对转子结构进行模态分析,获得转子的前十阶模态固有频率、振型。对刚性支承和弹性支承情况下转子模态进行了对比分析,分析结果表明,拟定的工作转速均有效地避开了一阶临界转速。同时,分析结果为下一步进行详细的旋转冲压发动机分析打下基础。

旋转冲压发动机冲压转子动应力分析

本文采用机械系统动力学分析软件ADAMS和有限元分析软件ANSYS相结合的办法,首先在ANSYS中得到冲压转子的柔性体,再导入到ADAMS中对旋转冲压发动机进行了刚柔混合体的动力学仿真,从而得到动载荷文件,最后再ANSYS中分析了其动应力的分布及变形情况,为冲压转子结构的进一步完善提供依据。同时,本文也证实了将ADAMS和ANSYS结合起来使用的可行性,使得仿真更加接近实际,分析结果更加合理。

转子涡动对旋转冲压转子进气道起动及性能的影响

为了获取转子涡动作用下旋转冲压转子进气道起动及性能的变化规律,对旋转冲压转子涡动时压缩进气道的内部流场进行了数值仿真,分析了转子不同涡动幅值条件下旋转冲压转子进气道的起动转速及性能变化。研究结果表明,转子涡动对旋转冲压转子进气道起动及性能具有显著的影响。旋转冲压转子进气道的稳定工作范围随着转子涡动幅值的增大而逐渐减小。转子涡动幅值对旋转冲压转子进气道性能的影响存在极值点。当涡动幅值小于该极值点e=100μm时,进气道的流动性能良好。旋转冲压转子在定工况运行时,旋转冲压转子进气道流动稳定性随着转子涡动幅值的减小而增强。

背压脉动作用下旋转冲压转子进气道流场激励特性

为了获取外界激励作用下旋转冲压转子进气道流场激励特性及性能的变化规律,对旋转冲压转子进气道背压脉动时压缩进气道的内部流场进行了数值仿真,分析了背压脉动时不同脉动频率、不同脉动幅值条件下旋转冲压转子进气道流场的激励特性及性能变化。研究结果表明,背压脉动对旋转冲压转子进气道流场的激励特性及性能具有显著的影响。旋转冲压转子进气道流场激励的非线性特征随着背压脉动频率的增加而增强,却随着背压脉动幅值的增加而减弱。旋转冲压转子进气道性能的稳定性随着背压脉动频率和幅值的减小而增强。

旋转冲压发动机冲压转子的强度分析

旋转冲压发动机冲压转子融压气、燃烧和排气做功于一体,工作环境为高速、高温、高压,所以它在机械—气动—热力耦合影响下的强度对发动机的安全性至关重要。采用ANSYS和ADAMS两种软件相结合的方法,完成了冲压转子机械—气动—热力耦合分析,得到了影响冲压转子强度的主要因素,为冲压转子结构设计和改进提供了有利依据。

冲压转子流场和轮毂抽吸处理分析

通过数值计算的方法对冲压转子中的三维流场以及轮毂抽吸后的流场进行了分析。研究发现,冲压转子中,轮毂处的分离影响了叶根至70%叶高截面的流动,轮毂处的角区分离限制了冲压转子的性能,使之只能工作在较低的背压工况下。而通过轮毂抽吸可以改善角区流动,提高冲压转子的压比和效率,并且抽吸位置在分离起始点位置时,效果最好。在抽吸流量占进口质量流量的0.5%时,效率可提高4%,压比提高20%。

旋转冲压压缩转子二维进气流道数值研究

借鉴二维超声速进气道的设计方法,设计了一种旋转冲压压缩转子的二维进气流道,并采用二维雷诺平均N-S方程和Spalart-Allmaras湍流模型对其流场进行了数值仿真,研究了转速、背压对二维进气流道中波系结构、内部流动特性和性能的影响.计算结果表明:所提出的旋转冲压压缩转子二维进气流道设计方法是可行的;二维进气流道中产生的激波系与二维超声速进气道中产生的激波系相类似,所不同的是二维进气流道中产生的激波为弯曲激波,而二维超声速进气道中产生的激波为平直激波;转速和背压对二维进气流道的性能有较大影响.

旋转冲压压气机压缩转子技术分析及展望

旋转冲压压气机压缩转子是一种采用超声速进气道中所用的激波压缩技术进行气流压缩的新型压缩系统。与常规压气机相比,具有单级压比高、压缩效率高、结构简单、体积小和质量轻的优点。通过对其工作原理及结构的分析,总结并分析了其关键技术,主要包括运动激波系的配置、泄露密封、转子支撑和附面层吸除等。最后,讨论了压缩转子的潜在用途。

旋转冲压压缩转子试验系统通流部分数值研究

为了评估旋转冲压压缩转子试验系统的气动性能,采用Fluent软件对其通流部分在设计转速下的流场进行了全通道数值模拟。分析了旋转冲压压缩转子达到最高效率时,试验系统各部分的总体性能以及导叶段、旋转冲压压缩转子段和出口支板段的流动特征。计算结果表明,进口段和导叶段内气流损失较小,总压恢复系数分别为0.995和0.979,且气流在导叶内基本实现了预期的偏转和加速。旋转冲压压缩转子压比较高,单转子压比可到2.756。超声速压缩面区域不同节距方向的激波系结构有较大差异,同时存在正常反射和马赫反射现象。出口支板段存在大范围的流动分离,不利于出口气流顺畅的流出。

隔板型式对旋转冲压压缩转子性能的影响

为了改善旋转冲压压缩转子的总体性能,通过改变隔板前、后段的型式获得不同的隔板改型方案,并利用FLUENT流体计算软件对采用不同隔板改型方案的旋转冲压压缩转子进行了数值研究。结果表明,改变隔板前段型式可以改变隔板前缘激波和进气流量,进而影响旋转冲压压缩转子的总体性能;改变隔板后段型式,可以改变旋转冲压压缩转子的流场结构,并影响其增压能力;融合隔板前、后段最佳型式的隔板组合改型方案对旋转冲压压缩转子性能的提升最大,其总压比和效率相较于原型分别提升了12.0%和7.1%。

旋转冲压压缩转子试验系统中排气支板的研究

为了对旋转冲压压缩转子试验系统中排气支板进行研究,采用Fluent流体计算软件对不同支板转角以及在支板段加装分流叶片时旋转冲压压缩转子试验系统通流部分进行数值模拟。结果表明:支板转角为30°时,在效率保持不变的情况下,旋转冲压压缩转子压比相比原型提高了1.23%,支板段总压恢复系数提高了5.56%。支板在转角为20°时其进出口的密流最大,流通能力最强。当支板加装1片分流叶片时,旋转冲压压缩转子的压比及效率分别比原型提高了0.18%和2.6%,此时支板段的总压恢复系数比原型提高了5.54%,支板进出口的密流最大,流通能力最强。

旋转冲压发动机冲压压缩分析

旋转冲压发动机是一种没有叶片和活塞的基于冲压压缩技术的新概念发动机,气体的压缩主要是通过运动激波压缩来完成,通过对运动激波压缩过程的理论分析并与发动机冲压转子盘腔冷态流场进行数值模拟结果进行对比,印证了旋转冲压发动机中运动激波压缩假设的正确性．计算结果同时表明,旋转冲压发动机中的运动激波压缩效果和性能良好．

旋转冲压压缩转子三维进气流道数值研究

借鉴典型三维超声速进气道的设计方法,设计了一种旋转冲压压缩转子三维进气流道,并采用三维雷诺平均N-S方程和Spalart-Allmaras湍流模型对其流场进行了数值研究.计算结果表明:与三维超声速进气道中的平直激波系不同,三维进气流道中的激波为曲线激波;与二维进气流道中的激波系相比,三维进气流道中的激波系要相对模糊和复杂;转速和背压对三维进气流道的性能有较大影响.

旋转冲压压缩转子中压缩面的数值研究

采用二维雷诺平均N-S方程和Spalart-Allmaras湍流模型对三种压缩面形状的旋转冲压压缩转子二维进气流道流场进行了数值仿真.计算结果表明,压缩面形状对二维进气流道中的波系结构和形状具有决定性影响,凸曲线压缩面二维进气流道的总体性能最佳.

旋转冲压压缩转子研究进展及发展前景

在基于激波压缩技术的旋转冲压压缩转子概念、原理和结构特点分析的基础上,综述了国内外在这一领域的研究进展,并对这种基于激波压缩技术的压缩系统研究过程中需要突破的技术难点和未来发展前景进行了分析及讨论.

关键几何参数对旋转冲压压缩转子流场及性能影响研究

本文采用三维雷诺平均N-S方程和Spalart-Allmaras湍流模型,在设计工况下对具有2种喉部收缩比及5种隔板安装角的旋转冲压压缩转子进行了数值研究。结果表明:喉部收缩比可显著影响激波结构及转子性能,大喉部收缩比对应出口气流速度为亚声速,小喉部收缩比对应的总压比、静压比及效率较高。随隔板安装角增加,出口气流角及总压比呈降低趋势。为获得较好的性能及流场结构,需对各参数进行折中选择,喉部收缩比为0.6及隔板安装角为12°为本文综合性能最优的结构方案。

旋转冲压压缩转子试验系统变工况数值研究

采用FLUENT软件对旋转冲压压缩转子试验系统通流部分进行了不同出口反压和转速下的数值模拟.结果表明:旋转冲压压缩转子特性线较为陡峭,其稳定工作范围小,相对流量宽度由26.57%降到1.96%.反压大或转速低时,导叶受旋转冲压压缩转子低压区影响减弱,反压和转速对导叶段气流损失影响不大.旋转冲压压缩转子在反压增加时,其内部气流相继经历斜激波、λ激波/激波串、λ激波/正激波、λ激波4个压缩阶段.转速增加时,压缩面区域形成的激波在机匣壁面的入射点逐渐向下游发展,旋转冲压压缩转子压比增大的同时损失增加.出口支板段随反压增加存在最小损失工况,转速增加时,其总压恢复系数由0.944逐渐降低到0.875,气流损失增加.