基于应力-强度干涉模型的高温工作裕度分析

电子产品在开展高温步进试验时,缺乏有效的定量估算高温工作裕度值的分析方法。高温应力概率密度分布函数曲线,是通过分析产品使用环境地区的气温,结合中心极限定律的应用要求,进行气温数据的拟合分析得到的。产品高温强度概率密度分布曲线,是通过高温步进试验的方法,寻找高温工作极限得到的。根据产品的可靠度要求,结合安全系数分布曲线来调整高温工作裕度值,以此来有效地指导高温试验中所发现的故障整改范围,即在所要求的高温值以下所出现的故障,是必须要解决的,这样就明确了故障整改的边界,从而可以避免出现故障整改不足或过度整改的问题。通过电子产品的高温工作极限实测数据,进行具体的算例验证,结果表明该分析方法可以实现高温裕度值的定量计算。

改进处理机匣扩大压气机的稳定工作裕度

阐述了处理机匣对轴流压气机的作用,针对某型低压压气机的具体情况提出了处理机匣的改进方案。通过在该压气机上的试验研究,获得了显著扩大压气机稳定工作裕度的效果。

叶尖小翼对跨声速压气机级稳定工作裕度的影响

为了揭示叶尖小翼对跨声速压气机级气动性能的影响机制,利用数值方法研究了压气机级转子叶片上加装不同宽度压力面/吸力面叶尖小翼的作用效果和扩稳机制。同时,提出一种更加系统的叶尖小翼结构设计方法以优化叶尖小翼技术在压气机上的应用,使压气机级压比和绝热效率基本保持不变的前提下提升其稳定工作裕度。研究结果表明:随着压力面小翼宽度的增加,压气机级的稳定工作裕度分别增加了6.01%、9.90%、10.76%、11.43%,压力面叶尖小翼改变了转子叶顶气流偏转角,抑制了叶顶泄漏流的产生和泄漏涡破碎,提升了压气机级的流通能力,同时减弱了静子叶片吸力侧的分离损失。

叶尖小翼周向最宽位置对高负荷压气机级特性影响的研究

针对叶尖小翼扩稳技术,采用数值方法在改变叶尖小翼宽度的基础上,考虑了叶尖小翼几何形状的周向最宽位置对高负荷压气机级性能的影响。研究结果表明,叶尖小翼宽度越大且最宽位置靠近叶片两端时,压气机级的稳定工作裕度的提升越明显。叶尖小翼宽度为2.0倍叶顶宽度时,且周向最宽位置位于转子前缘25%轴向弦长时,叶尖小翼最多使叶顶泄漏流的质量流量减少了7.66%,提升了压气机级通道内流体的轴向速度,抑制了转子及静子叶片叶表的分离情况,从而延缓了压气机级的失速,压气机级的稳定工作裕度提升了29.18%。

扭转度误差对跨声速压气机叶片性能的影响

在压气机叶片加工过程中,受切削力等因素影响扭转变形不可避免。为探究扭转度误差对叶片气动性能的影响,将实测某压气机叶片扭转度误差数据应用于Rotor 37转子,创建误差叶片,通过数值模拟获得其设计转速下的性能参数。结果表明:相较于原叶片,“欠偏转”叶片特性曲线整体向小流量工况移动,反之,“过偏转”叶片特性曲线则向大流量工况移动,且各方案对应误差叶片的气动性能均合格;在设计工况下,随扭转度误差变化,总压比较等熵效率变化更显著,其中“欠偏转”叶片总压比减小,最大变化量为0.85%;此外,相较于原叶片,“欠偏转”叶片稳定工作裕度增大,其最大变化量可达12.29%,同时,“欠偏转”叶片通道激波延后,流动损失减小,且叶顶低速区范围减小,即在公差范围内,负扭转度误差对气流流动状态具有一定改善作用。

可控转速机匣转动方向对高负荷压气机级稳定性的影响

可控转速机匣是一种新型的机匣处理方法,将机匣设计为可转动环段与固定环段两个部分,可转动环段会对转子叶顶区域的气流施加周向附加作用力并改变叶顶区域的周向压力梯度,进而对压气机级的稳定工作裕度产生影响。针对可转动环段在不同转动方向下的数值研究结果表明:当可控转速机匣与转子转动方向相反时,叶顶区域周向压力梯度的增大,加剧了转子的叶顶泄漏程度,泄漏涡及其破碎后气流的流动轨迹向相邻叶片压力面偏移,导致静子进口冲角逐渐减小至负冲角,压气机级失速提前。而当可控转速机匣与转子转动方向相同时,叶顶区域的周向压力梯度减少,降低了叶顶泄漏流动的原始驱动力,同时转子叶顶区域的泄漏涡及破碎后气流的流动轨迹远离相邻叶片压力面,通流能力增强。但静子进口冲角的增加使得静子吸力面分离加剧,限制了其扩稳能力的进一步提高,压气机级的稳定工作裕度最大可提升45.44%。

简单控制规律下涡喷发动机特性的研究

研究了用于无人飞行器上使用的小推力级涡喷发动机在简单控制规律下的多种重要特性。通过计算机模拟方法 ,重点研究某型发动机的设计点性能装订方法、不同进口温度条件下发动机的稳定工作裕度以及发动机能够适应的飞行包线 ,并揭示了发动机的一些潜在的缺点。计算结果在发动机设计。

双轴式涡喷发动机的转差线图确定方法的研究

转差是双轴式发动机交付验收参数之一 ,交付发动机的转差是依据该型的标准转差线图调整和确定的 ,标准转差线图确定得合适程度关系到发动机外场使用的性能、稳定性和可靠性。本文比较系统地论述了双轴式涡喷发动机的转差线图的制作和使用 ,分析了转差线图上、下限界对发动机的影响 ,提出了用工作点检查法和稳定工作裕度检查法解决转差线图上、下限界的确定问题。解决了某新机转差线图的确定依据。本方法可用于新机研制中标准的转差线图确定 。

引气对跨声速压气机稳定性的影响

以NASA Rotor 37为研究对象,采用数值模拟方法开展了叶顶引气对转子稳定性的影响研究。结果表明:叶顶引气可以提高转子的稳定性,引气的扩稳机理在于引气口的抽吸作用,这种作用使得转子叶顶低速堵塞区域减小,增强了转子叶顶的流通能力,达到扩稳的目的;引气位置和引气质量流量对转子稳定性的影响具有交互作用,在0.5%和1.0%引气质量流量比下,随着引气位置的后移,转子稳定工作裕度逐渐减小,在1.5%引气质量流量比下,随着引气位置的后移,转子稳定工作裕度却呈现先增大后减小的趋势;引气位置在20%叶片叶顶轴向弦长(C)处时,随着引气质量流量的增加,转子稳定工作裕度先增大后减小,而引气位置在60%C和100%C处时,随着引气质量流量的增加,转子稳定工作裕度逐渐增大。

可控转速机匣转速对跨声速压气机转子流动稳定性的影响

可控转速机匣是一种通过控制机匣结构中的可转动环段旋转对叶顶间隙流场施加作用的机匣处理方式,可以一定程度上改善机匣处理中存在的效率下降以及难以完全适应变工况条件的难题。针对起始于动叶叶顶前缘、宽度为叶顶轴向弦长的可转动环段,对设计转速下的跨声速压气机转子流动稳定性的数值研究结果显示,随着可转动环段转速的增加,转子的稳定工作裕度逐渐提高,扩稳效果先弱后强,当可转动环段转速为转子设计转速时,在保证最高效率基本不变的情况下,稳定工作裕度提高了52.56%。可控转速机匣在较低转速时主要是通过减小叶顶的堵塞区实现扩稳,而高转速时则主要是通过抑制叶顶泄漏涡的破碎推迟失稳,不同转速下稳定工作裕度均有不同程度提升。

跨声速轴流压气机转子Rotor37周向槽机匣处理的数值研究

以跨声速压气机转子Rotor37为研究对象,采用商业软件NUMECA数值研究了单槽处理机匣的轴向位置对于压气机性能及内部流场的影响。周向槽处理机匣的宽度为3 mm,深度为10倍叶尖间隙,即3.56 mm,起始位置分别位于轮缘机匣尖部型面的10%、20%、30%、40%、50%相对弦长处。数值计算结果表明:原始光壁压气机转子的失速原因为叶尖泄漏流动引发的低速区对于尖部叶片通道的堵塞,其稳定工作裕度为14.74%。采取的周向槽机匣处理能够改变转子叶尖流动堵塞状况。当机匣处理起始位置位于30%相对弦长时,压气机转子稳定工作裕度的提升量最大,相比原始压气机转子的稳定裕度提高了1.86%。

压力面小翼对高负荷轴流压气机性能的影响

为探究在小尺寸高负荷轴流压气机转子中压力面小翼对气体流动的作用规律,采用经过验证的数值方法,探讨了压力面小翼对某一高负荷压气机转子的性能影响。结果表明,压力面小翼将原型压气机转子的稳定工作裕度提升了6.19%,可以显著降低叶尖泄漏流动的强度,减少二次泄漏的发生,但同时降低了叶尖区域的做功能力,降低了叶尖泄漏流动与尾缘分离流动的动量比,尾缘分离流动强度上升,压气机的总损失增加。在需求更低稳定作用流量的应用场景中,压力面小翼是可以采用的被动控制手段。

基于正交试验的压气机流动特性对转子叶尖关键几何参数敏感性研究

本文选取NASA Rotor37叶尖基元级的沿程曲率分布特征、吸力面最大厚度点相对位置、尾缘半径三个关键几何参数,采用正交试验方法设计了9组方案,详细分析各几何参数对压气机性能的影响程度和作用机制。结果表明,三种几何因素对转子等熵效率和总压比的影响不大,但对工作裕度的影响较为显著,且按照影响程度排序依次为:叶尖曲率分布特征、吸力面最大厚度点相对位置、叶尖尾缘半径。其中转子叶尖曲率分布特征的变化通过改变其叶尖流向载荷分布规律进而显著影响叶尖流场特性和工作裕度。结合叶尖基元级曲率分布和吸力面最大厚度点相对位置的变化带来的气动收益,形成了相对较优的叶型优化方案,实现了跨音转子工作裕度和等熵效率5.9%和0.32%的提升。

宽裕度超声叶型气动优化设计

通过与德国航天局设计的超声预压缩叶型PAV-1.5试验数据比对,确定高精度超声叶栅流场计算方法,研究表明:根据激波位置分段调整流管厚度可提高计算与试验结果的一致性。为提高超声叶栅稳定工作裕度并保证设计点性能,建立根据目标裕度估算喘点反压方法和优化设计方法。对两个超声叶型进行多目标优化,优化结果表明:优化叶栅可减小设计工况槽道激波入射角、减小激波及激波附面层干扰损失;气动喉道前移、结尾正激波后移,提高叶栅耐反压能力。两个优化叶型在保持总静压比不变的前提下,稳定裕度均达到设计目标,设计点损失也有所下降。

基于出口导流控制的超声速进气道性能研究

针对进气道内型面存在较大弯段而导致的流动分离问题,提出了一种对进气道出口弯段进行导流控制的概念,设计了3种不同的导流格栅方案,采用数值仿真方法对不同导流格栅方案的超声速进气道流动进行了对比分析,获得了不同导流格栅对进气道流场结构和工作性能的影响特性.结果表明:利用格栅对进气道进行导流控制,可以改善进气道出口弯段的流场结构和压力分布,避免进气道出口发生流动分离.通过对格栅型面进行优化可以显著改善进气道的工作性能,采用类翼型导流格栅的进气道性能改善幅度最大,马赫数为3.5条件下,其稳定工作裕度和出口总压恢复系数分别提高10.3%和9.8%,冷流内阻降低5.3%.

某型发动机转差分析研究

对于某型双转子发动机,控制高压压气机稳定工作裕度的关键参数是转差,调整发动机的转差可改变高压转子共同工作线在高压压气机特性图上的位置。除转差影响之外,低压压气机的稳定工作裕度还取决于喷口面积。由于直接影响发动机在使用中的可靠性,发动机转差成为该型发动机验收的主要指标之一。本文分析了影响转差线的因素、转差对发动机的影响以及导向器面积对压气机工作线的影响。