小型高效气动立式预混装置异形桨叶工作特性研究

为解决某交联剂在预混时溶解慢、易挥发、对操作人员危害大等问题,开发了一套采用单轴异形桨叶的可远程控制的小型高效立式气动预混装置。通过有限元方法计算了四种搅拌叶片的流场特性,分析了异形桨叶和其他三种常用桨叶的总体流型、速度流线分布。结果表明,在预混转速为45 rpm时,异形叶片可实现交联剂径向流动,使旋转中心的交联剂充分混合,有效防止中心死区的出现,展现出良好的预混性能,预混时间由人工预混的6 h缩短为2 h,乙腈溶液挥发量减少了60.8%,有效解决了交联剂挥发和挂壁析出问题,提高了交联剂的预混效率。

多室连续混合设备桨叶设计参数优化

为优化多室连续混合设备的设计参数,开展多室连续混合设备桨叶多目标优化研究。以混合室单位体积功耗和混合室轴截面有效混合面积为目标函数,峰值剪切应力为约束变量,建立了基于径向基函数的多目标优化模型,采用正交试验设计和遗传算法对桨叶进行了参数优化,并对优化结果进行了CFD仿真和试验验证。结果表明,多室连续混合设备特性参量的显著影响因素为桨叶外径、桨叶-壁面间隙以及桨叶转速。相对于初始设计,优化后单位体积功耗降低了14.90%,混合室轴截面有效混合面积增加了4.10%,二者乘积降低了11.47%,峰值剪切应力降低了21.28%,在混合能力降低较少的情况下安全性获得了较大的提升,证明了基于径向基函数的多目标遗传算法在多室连续混合设备性能优化上的可行性。

基于B样条的螺旋桨桨叶参数化及曲面生成

为了提高螺旋桨优化过程中桨叶的参数化灵活性和建模效率,开展基于B样条方法的螺旋桨桨叶参数化及曲面生成研究。基于B样条曲线方法,采用最小二乘法对不同半径处的叶切面型值点进行拟合,并利用比例、偏移、坐标转换等方法,实现了桨叶叶切面和外形轮廓的参数化;基于B样条曲面方法,高效生成螺旋桨叶面、叶背、叶根和叶顶曲面;基于Python语言完成相关程序编写,并给出程序的UML类图。最终,通过对螺旋桨实例进行对比分析,证明螺旋桨桨叶参数化的灵活性和桨叶曲面生成的高效性。

基于光纤Bragg光栅的模型桨叶弯矩解耦方法

近年来,光纤Bragg光栅(FBGFiber Bragg Grating,FBG)这种具有体积小、质量轻、抗电磁干扰能力强、可实现准分布式测量等独特优势的新型传感器受到了人们的广泛关注。为了实现其在直升机飞行试验中的工程应用,引入基于应变差值计算的桨叶弯矩解耦方法,通过标定实验确定不同光纤Bragg光栅组合桥路测量弯矩的耦合系数,选择最优弯矩解耦组合桥路,完成载荷标定。实验结果表明,光纤Bragg光栅传感器适用于直升机桨叶弯矩测量,可以实现挥舞、摆振、扭转弯矩的有效解耦和准分布式测量。

直升机旋翼桨叶动力学/强度多学科优化设计

为解决板梁构型桨叶设计方案结构超重和疲劳寿命不足的问题,以旋翼桨叶剖面特性展向分布为设计变量,以桨叶频率配置、气弹稳定性和转动惯量为设计约束,组织多学科优化设计,实现减小桨叶结构重量,提高桨叶疲劳寿命并降低桨叶剖面动载荷的设计目标。取桨叶动载荷最大的高速前飞状态为设计点,采用文中构建的方法,成功实现了该桨叶的调频/减重/减振/提高疲劳寿命优化设计,优化后桨叶结构减重近10%,桨叶控制剖面的动应变降到许用值以下,满足了重量和疲劳寿命设计指标。

桨叶叶序排布混合器流体流动分析

基于结构仿生原理,分别以轮生、对生-轮生组合、旋生叶序排列桨叶,构建被动混合器。采用计算流体力学方法(CFD)对构建的混合器进行数值模拟。分析混合器内叶序排布与流体流动效应之间的关系,研究相同的叶序排布方式中,不同排布间距对流体流动的影响。结果表明:叶序排布间距相同时,旋生叶序排布混合器流体流动效果最好,对生-轮生组合叶序次之,轮生叶序最差;对轮生叶序排布和对生-轮生叶序排布方式来说,叶序排布间距越大,流体流动效果越好;对旋生叶序排布方式来说,叶序排布间距越小,流体流动效果越好。

基于流固耦合的搅拌桨叶数值模拟研究

为探究三角形桨叶、格子式桨叶、八字形桨叶在不同工况时的性能,基于ANSYS Workbench平台,采用k─ε标准流场模型,对不同水流冲击和不同转速的3种桨叶进行流固耦合数值模拟研究。仿真结果表明,格子式桨叶性能和结构稳定性最差,相同工况其变形和应力最大,随着工况的变化变形与应力的大小变化最为明显;八字形桨叶性能和结构稳定性最好,载荷冲击下其变形和应力最小,随着工况的变化变形和应力的大小变化最小;桨叶转速对变形和应力的影响比水流速明显,转速越高则变形和应力越大;高变形区域发生在桨叶边缘,高应力区域则发生在桨叶中心旋转轴及其附近。研究结果为卧式搅拌设备桨叶选型与优化设计提供理论依据。

基于ATP-EMTP的海上风电机桨叶雷电暂态分析

为了研究雷击海上风力发电机桨叶产生的雷电暂态电压变化规律,根据风力发电机桨叶长细型的结构特点,将其等效为若干个串联而成π型电路,经计算将风力发电机桨叶平均分为3段,每段长度为19.63 m。采用ATP-EMTP软件对3段式桨叶进行雷电暂态分析,结果表明:两次雷击均产生了较大的雷电暂态电压,电压幅值均呈现振荡衰减模式,波动相对剧烈,风力发电机桨叶内部均遭受了很大的雷电波冲击。继后回击的变化频率更快,风力发电机桨叶尖端部位的表现更为明显。海上风力发电机桨叶雷电继后回击的防护问题应当引起重视。

双层桨叶搅拌罐内固液混合均匀度研究

为提高工程中双层搅拌罐的搅拌均匀性,使用ANSYS Fluent,通过Euler多相流模型以及标准k-ε的湍流模型对双层桨叶搅拌罐内固液混合过程进行模拟。分析了不同转速、桨叶的直径和桨叶间距离对搅拌罐内固液混合均匀度(σ)的影响,并结合罐内速度对固液混合过程进行定量分析。结果表明:当转速低于300 r/min时,搅拌罐内不会出现均匀悬浮,当转速为300、400 r/min时,出现完全离底悬浮,继续增大转速反而降低搅拌效果;当桨叶直径为0.5D(D为搅拌罐内径)时,搅拌罐内固相分布均匀性好;当桨叶距离为390 mm,J_(1)型桨叶的固相有较好的悬浮,当桨叶距离为440 mm,J_(2)型桨叶的固相有较好的悬浮;当距离大于440 mm时,固相大多沉积在搅拌罐底部;桨叶直径和桨叶数量对σ几乎没有影响,转速对σ影响较大;在J_(1)型桨叶组合,转速为400 r/min、桨叶距离为390 mm时的σ最低;在J_(2)型桨叶组合,当转速为300 r/min、桨叶距离为440 mm时的σ最低;转速为300 r/min时J_(2)型桨叶搅拌更好,转速为400 r/min时,J_(1)型桨叶搅拌更好。在最佳参数组合下,搅拌24 s即可达到最好的搅拌效果。

MT木质航空桨叶修复方法应用研究

对MT螺旋桨的木质桨叶的结构进行了分析,根据MT螺旋桨厂家的维修标准,结合实际维修工作中积累的经验,总结出针对木质桨叶典型损伤的修复方法,有效解决了由于木质桨叶损伤造成的机队停场的难题。

现地高空短气象窗口风机桨叶拆换技术

风电桨叶通过大螺栓与叶轮连接,由风和自重产生的力、力矩使桨叶和螺栓经受变化的振幅循环荷载,在雷电、台风等恶劣自然环境中,桨叶容易受到损坏,严重时,需要对桨叶进行拆除和更换。通过单支桨叶空中拆换技术的分析,针对拆换工艺流程、质量安全控制措施进行了研究,并提出了未来有待进一步改进的方向。

直升机桨叶摆振量的全场景视觉测量及分析

直升机旋翼桨叶在高速旋转时,进行全场景桨叶摆振测量和分析,对直升机桨叶载荷设计和旋翼结构设计具有重要意义。本文设计了桨叶摆振量立体视觉测量系统,并进行摆振模式拟合分析。首先,对课题组已有立体视觉测量系统进行改进,并在风洞试验中完成不同总距及周期变距下的旋转桨叶标记点三维坐标测量;其次,解算桨毂坐标系下的桨叶摆振量;最后,采用一阶多项式对桨叶在特定时刻下的摆振模式进行拟合分析,采用复合正弦函数对桨叶旋转过程中的摆振规律进行拟合分析。风洞测量实验结果表明,在4.6 m×4.6 m场景中测量的摆振量均方根误差小于1 mm;桨叶摆振模式和规律模型拟合度好,其均方根误差小于1 mm,为直升机桨叶设计提供了数据支撑。

桨叶层数对导流筒搅拌槽内搅拌影响的数值模拟

搅拌桨叶层数对导流筒搅拌槽的搅拌特性有着极其重要的影响。以赣南某稀土企业容积为10m3的导流筒搅拌槽实物模型数据为参考,利用Solidworks三维软件建立了导流筒搅拌槽及不同搅拌桨叶层数的三维模型。运用流体软件Fluent对其进行网格等数据处理,然后根据相关公式选取桨叶层间距450mm为基础数据,以相近性原则选取甘油水溶液为载体,对料液在不同搅拌桨叶层数的导流筒搅拌槽中的混合过程进行仿真模拟。以时均速度分布、速度、湍流动能和功率消耗等参数作为评价依据,选不同桨叶层数的导流筒搅拌槽的搅拌特性进行分析评价,验证了双层搅拌桨叶的导流筒搅拌槽的搅拌特性较好。

直升机桨叶形态光纤监测与重建方法研究

针对新研制直升机不同任务模式,实现飞行过程中桨叶形态变化的实时监测与精确调控,对于提升飞行品质与保障飞行安全至关重要。为此,提出了一种基于坐标变换理论与光纤应变感知信息的直升机桨叶形态监测与重建方法,并给出了相应光纤Bragg光栅传感器布局形式。建立了NACA2412桨叶构型有限元模型,根据数值仿真结果,验证了坐标变换理论形态重建效果。在此基础上,构建了基于光纤传感器的直升机桨叶动、静态变形监测与形态重建系统。桨叶整体形态重建均方根平均误差为0.370,桨叶桨尖位移静态变形辨识平均相对误差约为5.754%,动态变形辨识平均相对误差约为7.908%。研究表明,本文所提方法能够为未来智能旋翼形态自适应精确调控提供技术支撑。

旋翼桨叶挥舞形变参数化建模三维仿真分析

高速运动状态下的直升机桨叶全场景挥舞状态分析,是直升机旋翼系统进行试验时的研究热点与难点。在直升机旋翼系统试验过程中,为准确可靠的复现桨叶在高速运动时的挥舞状态,提出一种基于CATIA参数化模型与Simulink仿真模块相结合实现桨叶在高速运行下挥舞形变仿真方法。建立全尺寸桨叶模型,利用立体视觉技术获取桨叶运动过程中标记点的三维信息,再对三维信息进行数据解算得出桨叶的挥舞量,并进行数据插值,构建桨叶挥舞状态运动三维仿真模型。仿真结果表明,构建的桨叶模型能够在满足仿真精度、实时性及可控变速的要求下真实地复现出桨叶在高速运动状态下的挥舞量变化。

直升机桨叶阵列式压电模态传感器的故障诊断

提出了一种基于加权系数的直升机桨叶阵列式压电模态传感器的故障诊断方法。以直升机桨叶为例,以圆形锆钛酸铅压电陶瓷(PZT)作为压电传感单元。将实验曲率模态作为加权系数设计阵列式压电模态传感器,对PZT在使用过程中易出现的破损和脱层故障进行了实验研究。实验结果表明,基于加权系数的阵列式压电模态传感器的故障诊断方法能对压电阵列中的损伤单元进行准确定位,且其诊断结果具有很高的置信度;所提出的损伤因子可在一定损伤范围内作为损伤程度的指示参数。

桨叶数目对对转螺旋桨气动和噪声特性的影响

对转螺旋桨的高效率与低油耗等优点已引起人们越来越多的关注。然而,噪声是对转螺旋桨研制过程中亟需解决的关键问题。基于非线性谐波法和声类比理论,研究了转子桨叶数目对对转螺旋桨气动特性和噪声的影响规律及其物理机制。以某型对转螺旋桨为基准对象,研究了7种不同桨叶数组合的对转螺旋桨模型。研究发现,增加对转螺旋桨前/后排转子桨叶数,前/后排转子拉力系数和功率系数将增大,而其波动幅值则明显减小,但这也将损害对转螺旋桨的总推进效率。提出在增加前/后排转子桨叶数的同时适当降低前/后排转子转速,结果表明,该方案既可以保证对转螺旋桨总推力及总效率不受影响,还可以在干涉噪声频率下,获得比单纯增加桨叶数更明显、更宽广的降噪效果。

利用压电阵列设计直升机桨叶的模态传感器

以直升机桨叶为例,利用一组锆钛酸铅压电陶瓷(PZT)阵列设计模态传感器。在直升机桨叶表面均匀布置一组大小相同的圆形PZT。将曲率模态作为加权系数设计该桨叶的模态传感器。对PZT的输出信号进行实验模态分析得到桨叶振动的曲率模态。同时,利用激光多普勒测振仪测量桨叶的模态振型,并通过中心二次差分计算得到桨叶的曲率模态作为对比研究。实验结果表明:利用PZT阵列为直升机桨叶设计的模态传感器具有很好的滤波效果。与利用激光多普勒测振仪的方法相比,利用PZT测量得到曲率模态作为加权系数设计模态传感器的方法不需要大量复杂的数值计算,且环境干扰对其影响更小。

基于CFD的多层桨叶组合搅拌器的优化

针对50 L发酵罐搅拌器组合选择类型复杂多变的问题,设计4种不同桨叶组合的三层搅拌桨模型,运用CFD软件对设计的4种组合桨发酵罐进行气液两相流数值模拟。通过对发酵罐中有无通气进行比较,研究通气对罐内流场的影响,并对通气后不同桨叶组合下的液相速度云图、搅拌功耗、体积传质系数以及气相体积分数进行分析,选取混合效果最好的桨叶组合。结果表明:通气会使罐内流场的轴向速度增强;通气条件下不同桨叶组合产生的流场特性会有所不同,上下层桨叶为径向流桨叶,中层桨叶为轴向流桨叶的桨叶组合所形成的流场速度分布更加均匀,能为发酵罐在搅拌过程中物质的扩散与混合提供更好的条件;不同的桨叶组合会产生不同的KLa值;下桨叶选择六直叶圆盘涡轮桨的桨叶组合其气体分布更加均匀;在搅拌功率方面,搅拌组合B功耗最高,搅拌组合D功耗相对较低,且在三个轴向流桨叶中螺旋桨功耗最低,综合分析选取组合D为最优桨叶组合。研究结果可为气液两相流发酵罐的设计与选择提供理论依据。

直升机桨叶动平衡试验技术研究

通过研究直升机桨叶动平衡试验技术,重点分析了采用基准桨叶校准试验台、标准桨叶和伴随桨叶,以及采用标准桨叶和伴随桨叶校验批生产桨叶的几个关键步骤和技术途径,统一了部分术语和定义,整理了相关参数的计算公式,是对直升机桨叶动平衡试验技术的一次消化和总结,对于深入研究基准桨叶校准方法具有非常重要的意义,同时也为开展新型号直升机的桨叶动平衡试验打下了基础。