戽斗式反推力装置气动特性数值仿真研究

在发动机短舱系统上设计反推力装置是民用飞机减小着陆滑跑距离、减轻起落架刹车系统负担的重要手段,对于主体不易更改的发动机而言,戽斗式反推力装置具有原理简单、实施方便等优点,是较好的设计选择形式。戽斗包角是此类反推力装置设计中的重要参数,对反推性能有较大影响。为了全面研究不同戽斗包角对反推性能的影响规律,基于某型涡轮风扇发动机设计了戽斗式反推力装置初步方案,并对反推力装置工作时的流场分布进行了数值仿真研究,着重分析了反推力及反推效率的变化情况。研究结果表明:在所研究的角度范围内,随着戽斗包角逐渐增大,反推力及反推效率先增大后减小,包角为110°时,反推效率最高;但是,在接近于停机状态的小速度条件下,戽斗包角相对较小时,反向排气流会被大量吸入进气道内,从而影响发动机的正常工作;通过对比不同方案的计算结果,给出了戽斗包角的设计建议值,可为反推力装置的详细设计及后续工程应用提供参考。

民用飞机发动机反推力装置作动系统的应用研究

首先对民用飞机发动机反推力装置的出现、作用、工作原理以及最新的发展趋势进行了简要而系统的阐述。对液压反推力装置作动系统和电反推力装置作动系统的构架和控制原理进行权衡分析,阐述了其在研制中应该注意的问题和考虑的因素,并对今后工作的开展提出了意见。

射流控制反推力装置流场数值研究

针对涵道比为8的涡扇发动机无阻流门叶栅式反推装置,利用CFD技术,计算分析了二次射流孔的位置、角度、孔数以及流量对反推力性能和外涵通道内流场流动特征的影响。计算结果表明:外涵流体与二次射流相互作用后,在二次射流下游产生了一个主涡和副涡,阻碍外涵气体向下游流动;射流孔位置对涡扇发动机的影响不仅体现在反推力效率,而且影响上游风扇后的气体压力不均匀度和背压;二次流射流角度对反推力性能的影响在诸多影响因素中占主导地位,存在一个最佳射流角度;二次流质量流量增加,反推力效率呈增加趋势;二次流入射孔的个数关系到相邻入射气流在周向的覆盖程度,从而影响反推效率;二次流射流位置、角度以及流量对反推性能的影响是相互耦合的,在反推力装置设计时需要综合考虑三者间的相互影响;在研究参数范围内,最佳的射流孔位置范围L=110mm^150mm,最佳射流角度α在10°~20°范围内。

叶栅参数对反推力装置气动性能影响规律

针对某型叶栅式反推力装置,开展了气动性能数值预测的研究工作。采用本文提出的数值计算方法,在不同落压比下反推力预测值与实验值最大相差8.2%。流场速度等值线分布展示反推力装置叶栅内部流动特征,叶栅叶盆处的旋涡和叶背处的失速是导致气动性能下降的不利因素。大量数值计算结果揭示了叶片进入角、出流角、稠度等结构参数对轴向反推力、流量系数、总压恢复系数的影响规律。在本研究范围内,叶片进入角54°、出流角135°、稠度1.3的叶栅几何结构综合气动性能最优。

反推力装置叶栅布置的气动/结构耦合设计

为了对叶片布置方案进行改进,采用耦合设计方法对反推力装置的气动性能和结构性能进行预测.利用计算流体力学(CFD)方法模拟装置流场,完成叶片布置方案的气动性能评估;利用有限元分析(FEA)方法分析叶栅叶片的受力情况,完成叶片布置方案结构性能的数值模拟.研究了叶栅进气角和出气角对反推效率的影响以及不同叶栅通道数目和叶片加强梁数目对反推装置气动性能和结构性能的影响.研究结果表明,叶栅进气角对反推效率影响不大,减小叶栅出气角可以增大反推效率;减少叶栅通道的数目会造成反推效率的下降,但可以减少叶片数目;减少加强梁的数目会使反推效率提高,降低装置的重量,但会增加叶片的最大应力和最大变形值.

液压作动反推力装置安全性设计与研究

反推力装置安全性一直是民航关注的重点,介绍了反推力装置三道独立控制的机械锁防线的设计,并提出了一种优化改进方案,该方案简化了反推力装置结构,优化了反推作动时序,同时提高了反推力装置的安全性,在某机型反推力装置上得到应用,获得了适航代表认可。

无阻流门叶栅式反推力装置数值研究

借助CFD技术对无阻流门叶栅式反推力装置开展了数值研究工作。反推力装置内部流线分布揭示了二次流喷口下游产生的旋涡结构缩减外涵通道正向流通面积、迫使外涵流体由叶栅通道流出产生反推力的流动特征。在叶栅通道结构尺寸一定的情况下,反推力性能由二次流喷射位置、喷射流量、喷射角度共同决定。随着喷射流量的增加,反推力性能提高,且存在一个临界二次流流量;当喷射角度增加,反推力性能反而下降,二次流逆喷产生的效果要优于垂直喷射方式。在二次流流量和角度一定的状况下,喷射位置对旋涡结构和大小没有影响,对外涵通道的堵塞效果却不同,喷射位置倾向于叶栅通道中间位置为佳。

基于CFD的某民机叶栅式反推力装置/飞机匹配设计评估

反推力装置能显著减小现代涡轮风扇支线飞机的着陆滑跑距离,也会影响到飞机的操稳特性和发动机进口流场特性,如果不能很好地和飞机进行匹配设计,则可能危及飞行安全.文章对某型尾吊布局民机全机着陆叶栅式反推力装置打开构型进行了CFD数值模拟,并对发动机反推装置打开与全机的匹配问题进行了评估,结果显示,Mach数0.09可作为该型民机反推装置安全使用的截止速度.

反推力装置适航符合性验证思路研究

适航条款CCAR25.933要求限制反推力装置的任何不利影响。本文研究了采用等效安全来表明对适航规章CCAR25.933(a)(1)符合性的验证思路。结合某机型的符合性验证实例,研究了进行条款等效安全判定的定性和定量安全性分析要求,考虑发动机非包容性转子损坏特定风险,并进行了特殊风险分析。

注气缝参数对无阻流门式反推力装置性能的影响

利用CFD数值模拟技术,对涵道比为9的无阻流门式反推力装置实验模型的流场进行数值模拟.分析了不同落压比下,反推力效率、叶栅流量比和注气流量比随注气缝参数变化的规律.根据计算结果,详细分析了反推力装置流场特征,指出二次流注气位置、注气角度和注气缝宽度对反推力装置性能有较大的影响.根据分析结果,确定寻找最佳注气缝参数的一般性规律.

民用飞机反推力装置对发动机短舱排液性能影响试验研究

为考察民用飞机反推力装置对发动机短舱排液性能的影响,在某型民用飞机涡扇发动机开展试验研究,具体研究了反推力装置收起方式、开始收起反推力装置时的飞机滑行速度以及短舱排液结构对发动机短舱排液性能的影响。研究结果表明:加快反推力装置收起过程和提高开始收反推力装置时的飞机滑行速度均可以改善发动机短舱的排液性能;排液结构是发动机短舱排液性能决定因素;反推力装置收起方式和开始收反推力装置时的飞机滑行速度是短舱排液适航验证试验需选取的两个关键参数。该文结论对民用飞机发动机短舱排液系统设计优化和适航验证试验具有一定参考价值和指导意义。

航空电动反推力装置用永磁同步电机热分析

以航空发动机电动反推力装置为应用背景,针对高功率密度与有限散热条件,对所设计的双通道表贴式以及单通道内嵌式永磁同步电机进行了详细的热分析。给出了两款电机的电磁设计方案,分析了电机各类损耗计算方法,得到了稳定工作和起动状态下的电机总损耗。考虑温升余量,以起动状态作为最恶劣工况,将损耗计算结果换算成电机各部分损耗的体密度,利用ANSYS Fluent的有限元分析得到各部分的温度分布。建立了两款电机的热网络模型,通过路算方式得到了各部分的温度,并与有限元分析结果进行了对比。

蜂窝夹层结构反推力装置移动外罩外壳体铺层优化设计与失效分析

为减轻大涵道比涡轮风扇发动机反推力装置的质量,对反推力装置蜂窝夹层结构移动外罩外壳体进行了铺层的优化设计和失效分析。整个研究过程分为以下3个步骤:(1)利用数值计算得到移动外罩外壳体的气动载荷;(2)利用有限元分析软件Nastran和复合材料结构分析与优化软件Hyper Sizer对数值计算得到的载荷下的反推力装置移动外罩外壳体进行铺层的优化设计,得到质量比原始方案降低35%的反推力装置移动外罩外壳体铺层优化方案;(3)基于剪切皱曲失效理论对优化后的反推力装置移动外罩外壳体进行失效分析。结果表明:质量降低35%的反推力装置移动外罩外壳体可以承受反推力装置的工作载荷,当载荷超过711.9 N/mm时,外壳体首先出现剪切皱曲失效。

叶栅式反推力装置推力性能研究

开展了叶栅式反推力装置的三维数值仿真工作,计算分析了叶栅进气角、排气角和叶栅稠密度对装置反推力性能的影响。结果表明:进气角度和排气角度的增大均导致装置的反推力效率升高,总压恢复系数降低;叶栅稠密度小于1.08时,反推力效率随着叶栅稠密度的增大而增加,在稠密度达到1.08后基本不再变化;总压恢复系数随着稠密度的增加先减小后增大,在叶栅稠密度等于0.9时达到最小值。

涡扇发动机配装反推力装置综合影响分析

针对概念设计阶段涡扇发动机开展反推力装置设计的需要,对加装反推力装置对总体性能的综合影响开展了初步分析。选取大涵道比发动机CFM56为对象建立基准发动机模型,借助克兰菲尔德大学总体性能仿真软件Turbomatch,分析了其对发动机压缩部件、涡轮及排气系统的性能影响,提出采用流动面积和流动损失作为反推力装置的设计要求。在正、反推力状态下对发动机推力进行评估,结果表明:理想状态下发动机提供的反推力可达最大起飞推力的50%以上。为了获得涡扇发动机配装反推力装置的不利影响,建立包括反推力装置在内的推进系统质量评估模型和价格预测模型,利用该模型对质量及成本进行了预测,结果表明:特定条件下反推力装置的使用会导致推进系统的质量增加12%,价格增长13%。

航空发动机反推力装置安装座断裂分析

在某发动机反推力装置整机试验过程中,1处作动筒安装座发生断裂。为确定故障原因,对断裂安装座进行宏观检查、断口分析、材质分析及有限元分析等。结果表明:安装座前侧安装边棱边与座身转接处首先发生高周疲劳断裂,该处断裂后造成构件结构失稳,在试验载荷的进一步作用下导致另外2个安装边发生瞬时断裂;疲劳源区存在的缩孔缺陷导致该处产生应力集中,对安装座过早疲劳开裂有促进作用;合金成分中Cu元素含量超标导致组织中析出大量θ脆性相,从而降低了合金强度,这也是安装座过早疲劳开裂的原因。对铸造工艺和无损检测工序提出了改进建议以避免此类故障再次发生。

反推力装置模型试验台的研制及验证

为开展大涵道比涡扇发动机反推力装置的性能试验,设计了涡扇发动机反推力装置模型试验台。该试验台具有六分力测量、外流场测量、内涵气体加温等功能,以及双涵道喷管矢量推力和性能测量能力。通过直接排气和反推力排气试验对该试验台的主要功能进行了验证,结果表明:试验台满足最大排气流量60 kg/s的双涵道喷管直接排气和反推力排气性能试验要求,内涵可加温到650℃,测量精度较高,可用于航空发动机反推力装置及功能喷管、排气装置等部件的基础试验。

新型无叶栅反推力装置的气动性能研究

结合国外的相关研究工作,对新型无叶栅反推力装置的气动性能进行研究和分析,利用康达效应提高新型无叶栅反推力装置的工作效率。计算结果表明,利用康达效应可以使新型反推力装置的轴向反推力系数从0.175提高到0.36。此种反推力装置与常规叶栅式反推力装置相比,质量大大减轻,适合应用在大涵道比涡扇发动机上。

发动机反推力装置研究

简要介绍了发动机反推力装置技术,反推力装置的几种主要分类,分析了各类反推力装置的优缺点,最后介绍了反推力装置实验的重要性以及实验方法。

反推力装置“地面/空中”判定条件研究

只在地面使用的反推力装置,一方面根据CCAR 25.933的要求在空中要防止意外打开;另一方面在地面使用时要求迅速可靠地打开,因此判断飞机在“地面”或“空中”成为反推控制系统的一个重要设计内容,若该条件判定飞机在地面的约束过于严格,则飞机着陆时反推不能尽早打开,影响反推在飞机高速时高效发挥作用;反之,若判定飞机在地面的约束过于宽松,则会增加反推在空中意外打开的概率,影响安全。分析了几种现役民航飞机的反推“地面/空中”判定条件,认为飞机后轮刚刚触地(但不一定触发轮载信号)是一个较好的“地面/空中”判定条件,设计时应注意判定条件须保持一定的独立性:不能因某一判定信号故障,导致反推、减速板或刹车中任何两个同时不能工作;不能因减速板或刹车的工作状态导致反推力装置不能打开,同时注意判定条件会影响适航的验证方法。