涡桨发动机舱引射通风冷却数值研究

以涡轮螺旋桨飞机的排气系统/短舱为研究对象,构建了机翼/机身/螺旋桨一体的发动机短舱仿真物理模型,采用多参考坐标系(MRF)法对螺旋桨滑流进行了模拟,并探究了不同排气管长度下发动机舱内的流动和换热情况。结果表明:在研究参数范围内,随排气管混合管段长度增加,在无滑流状态下,排气管中间环缝的引射流量上升18.3%,排气管末端环缝引射流量上升0.27 kg/s;在有滑流状态下,中间环缝引射流量保持在0.174 kg/s左右基本不变,末端环缝引射流量相对增加了35.8%,混合管段长度变化对末端环缝引射影响较大。排气管外管温度分布具有不对称性,滑流引入后,表面平均温度下降15 K,降幅4%;混合管段壁面温度受引射出口回流区和高温排气影响略有升高。

中功率涡桨发动机减振系统设计与试验研究

针对涡桨飞机发动机振动严酷的问题,利用氢化丁腈橡胶设计了一种中功率涡桨发动机减振系统,基于Workbench ANSYS软件研究了含橡胶实体单元的减振系统动力学建模分析方法;再以加速度传递率为隔振性能评价准则,设计了中功率涡桨发动机减振性能试验系统,通过试验研究减振系统的减振性能。结果表明:在小变形假设下利用橡胶材料硬度估算其弹性模量,由线弹性模型模拟橡胶材料开展减振系统动力学仿真分析,仿真分析结果与扫频试验结果误差小于10%;通过随机振动试验测得减振系统对发动机1阶窄带激励的隔振效率大于70%,对2阶窄带激励的隔振效率大于85%,设计的减振系统对发动机窄带激励具有优良的隔振效果。

基于AMESim的涡桨发动机燃油调节系统改进仿真

为了解决某型涡桨发动机机械液压燃油调节系统供油量不足的问题,按照功能特点将燃油调节系统划分为供油执行、指令控制和飞行修正3个子系统,分析各子系统的工作原理并基于AMESim软件平台建立了其仿真模型。对各子系统模型进行集成,构建整机级燃油调节系统模型开展仿真,并根据实际试验测量数据进行验证。提出修改油窗几何参数以增大供油量的改进方案,对供油量曲线进行进一步仿真研究。结果表明:利用该模型得到的供油量曲线与实测供油量曲线相比误差小于3%;将油窗面积增大到原来的1.1765倍可以提高燃油调节系统的供油量,满足该型发动机的供油需求。仿真模型可供涡桨发动机机械液压燃油调节系统改进设计借鉴。

涡桨发动机涡轮叶片凹坑损伤分析

涡桨发动机在延寿检查时发现第一、二、三级涡轮叶片有凹坑、擦伤痕迹。对损伤较严重的涡轮叶片进行外观检查、金相组织检查、能谱分析,确定涡轮叶片是受到铁基金属物撞击导致的擦伤。经发动机分解检查,其损伤原因是燃烧室机匣支板焊缝残存的焊瘤在发动机工作中掉落,掉落的焊瘤在高速气流的推动作用下击伤叶片。完善燃烧室焊接工艺并细化焊后零件的表面质量检查要求可有效控制此类问题。

某涡桨发动机低压模拟转子动平衡试验研究

某涡桨发动机低压模拟转子的工作转速在弯曲临界转速以下,该转子出现了由不平衡引起振动超限,导致无法运行至工作转速的问题,本文针对上述问题进行动平衡试验研究。首先,在动平衡机上对低压模拟转子进行低速平衡,再结合柔性转子高速动平衡技术,在高速旋转试验器上完成了低压模拟转子的高速动平衡试验,动平衡试验后的转子振动明显降低,表现出了良好的振动特性,平衡效果显著。本文的研究为控制高转速下同类型航空发动机转子的振动提供了一种有效的途径,具有重要的工程应用价值。

基于K-ELM的涡桨发动机扭矩信号重构方法研究

针对小型涡桨发动机高状态下输出扭矩测不准,部件模型求解扭矩实时性差的问题,提出了一种基于核极限学习机的扭矩信号重构方法。利用核极限学习机构建发动机扭矩估计器,通过当前发动机和螺旋桨状态参数预测发动机输出扭矩。将传感器采集的扭矩信号和估计器预测的扭矩进行加权,重构出输出的扭矩信号。引入置信区间,对重构的扭矩信号进行校验。以某涡桨发动机试验数据进行测试,结果表明:重构后的扭矩值相比于直接测量的扭矩值有更高的精度,所有状态下的误差不大于7.5%,同时也表明该方法具备一定的容错能力。

大功率涡桨发动机起动扭矩测量装置强度分析

针对目前暂无测量大功率涡桨发动机起动扭矩试验装置的情况,设计了两种结构形式的起动扭矩测量装置,根据该装置实际使用时的受力特性,对两种结构形式的装置整体结构进行了受力分析,对所有连接螺栓进行了应力分析,最终选出了应力较小的结构形式,并在试验中应用。试验结果表明:涡桨发动机起动扭矩测量结果准确,起动扭矩测量装置强度满足发动机试验要求。

大功率涡桨发动机隔振系统设计与试验

针对涡桨飞机飞行中发动机振动剧烈的问题,以降低发动机振动向飞机机体的传递为目的,基于橡胶隔振原理设计了一种全尺寸大功率涡桨发动机隔振系统。以刚性边界支撑条件下力的传递率为隔振性能评价准则,设计了涡桨发动机隔振性能试验系统,通过试验方法研究了不同激励对隔振系统隔振性能的影响。试验研究结果表明:发动机在70 Hz处不同峰值载荷的一阶激励,隔振效率达到95%以上;发动机在15~2000 Hz内不同均方根值的随机激励下,隔振效率达到75%以上;由相位差法测试得到系统的损耗因子大于2.2。可见,该隔振系统具有优良的阻尼性,本研究可为涡桨发动机隔振系统设计与性能验证提供技术支撑。

某型涡桨发动机吹风流场计算与试验对比

为评估安装于某型飞机的某涡桨发动机吹风流场,针对其装机状态,采用UG软件建立实体模型及流域计算模型,采用ICEM软件对流域进行网格划分,采用Fluent软件进行吹风流场稳态数值模拟,湍流模型选择S-A模型,转动域及静止域采用动参考系模型进行参数传递。为验证计算模型及计算方法的准确性,对发动机吹风流场的关键点风速进行了试验测量,结果表明:无量纲速度差基本在0.15内,单发在4.32m高处无量纲速度差0.17,双发在6m高处无量纲速度差0.3,吻合程度较好。验证了计算模型、计算方法的可行性,可进一步推广应用。

涡桨发动机安装系统振动传递特性测试及分析

涡桨发动机一般采用隔振系统将发动机安装于安装框架上,由安装框架与隔振装置组成的涡桨发动机安装系统的传递特性的测试及分析对于涡桨发动机的减隔振安装设计有重要作用。以某型涡桨发动机安装系统为研究对象,设计专用的发动机假件用于模拟发动机质量、惯量、各安装接头位置和结构形式,专用的隔振系统(减振器及安装框)将各安装构件进行安装,专用的固定装置将发动机隔振系统及发动机假件固定在承力墙上。并采用静动联合加载技术在试验室环境下模拟发动机推力及振动载荷,得到发动机刚体模态与安装系统隔振效率。结果表明:在1阶通过频率处,除滚装状态外,发动机5个自由度方向的隔振效率均在80%以上;侧向/垂向激励下,该隔振系统减振器隔振效率均超过80%,符合相关标准及型号需求。同时,本文形成的试验及分析方法可指导后期外场台架试验研究,并为型号研制奠定技术基础。

涡桨发动机安装节拉杆系统力学分析

基于涡轮螺旋桨发动机安装节拉杆系统,对各拉杆的受力状态进行分析,推导拉杆系统力学方程,并得到拉杆之间的力学关系,结果显示各拉杆所受拉力比值为常数,该常数仅取决于拉杆的尺寸、安装角度、材料参数等。基于ANSYS Workbench建立拉杆系统有限元模型,对该系统进行静力学分析得到拉杆应变随拉力的变化关系,并得到不同拉杆拉力之间的关系,数值仿真结果与理论分析结论相互印证。为基于安装节拉杆的涡桨发动机飞行拉力测量奠定技术基础。

国外涡桨发动机的发展

以航空发动机的技术性能为重点,通过对比、分析涡桨发动机的发展历程、发展现状,发展途径和发展计划,预测其未来的技术发展趋势并整理出成功的发展经验,为我国涡桨发动机的发展提供参考。

涡桨发动机最优加速控制研究

研究航空涡轮螺旋桨发动机的加速过程性能寻优控制问题。为改善航空涡轮螺旋桨发动机的加速性能及动态性能,提出建立发动机和螺旋桨机构的一体化优化模型,并应用线性加权和法构造评价函数和遗传算法解多目标多变量最优化问题,在满足所有约束条件以及在保证发动机安全的前提下,达到进一步发挥发动机性能潜力的目的。仿真结果表明,提出的涡桨发动机一体化优化模型及寻优控制方法能很好地改善涡桨发动机的加速性能及动态性能,发动机具有良好的加速性。

涡桨发动机排气推力计算研究

涡轮螺旋桨发动机总推力中,排气推力是重要的组成部分。通过对自由涡轮涡桨发动机的循环分析,得出涡桨发动机的总推力、单位推力、总效率、热效率等。在飞行试验中,可以通过测量涡轮后截面和尾喷管出口截面参数的方法,建模计算得到涡桨发动机排气推力。和某仿真计算程序结果进行对比,流量和排气推力的相对误差不超过2%,计算结果接近,这从侧面验证了计算方法的正确性。

某型涡桨发动机气动热力仿真计算

文章计算了各气路部件之间的气动热力参数和总体性能参数大小,分析相互关系,进而对发动机的设计提供理论依据。针对某型涡桨发动机的气路结构进行了气动热力仿真计算研究,利用设计手册给定的发动机设计点主要工作参数数据进行气动热力仿真计算,对比计算得到的发动机总体性能参数数据与设计点给定的总体性能参数数据,验证了仿真计算算法的有效性以及准确性。针对气动热力仿真计算结果所产生的误差,初步分析并验证了算法优化需要考虑的部件特性的耦合系数以及引气对发动机性能的影响等因素。

国外涡桨发动机控制技术的发展

概述了国外涡桨发动机的发展状况,分析了涡桨发动机控制系统相关的若干关键技术,包括不同类别涡桨发动机的工作参数、特点、性能、螺旋桨模型、控制系统设计方法、故障诊断技术等。主要剖析了早期的Garret公司YT76单轴涡桨发动机液压机械控制系统的自适应燃油控制逻辑、实现方法,此外,对PW加拿大公司3轴涡桨发动机从第1代具有监控功能的数字电子控制系统及液压机械备份PW120发动机控制系统到具有双通道全权限数字电子控制功能的PW150发动机控制系统的发展历程进行了重点分析,旨在为国内涡桨发动机控制系统的技术发展提供1条清晰的思路。

涡桨发动机火焰筒烧蚀故障分析与预防

本研究针对涡桨发动机火焰筒烧蚀故障,对故障部位结构原理进行分析,建立故障树,经装配情况复查、火焰筒尺寸检查、火焰筒头部尺寸和流量检查、燃油喷嘴检查、火焰筒理化分析,初步确定故障原因为喷嘴头部防护气流间隙被积炭堵塞。通过故障机理分析及故障试验验证,准确定位故障原因。最后对外场使用的安全性进行分析,对喷嘴螺母进气槽深尺寸的检查方法进行更改,将该部位的尺寸检查由抽样检查改为100%检查。

涡桨发动机一体化建模与控制系统动态仿真

以某型单转子涡桨发动机为研究对象,分别建立发动机、螺旋桨和执行机构的数学模型。在此基础上,研究带有前馈环节的比例-积分-微分(PID)控制器,形成包含发动机、螺旋桨、控制系统和执行机构在内的涡桨发动机一体化数学模型。开发涡桨发动机离线仿真平台,对发动机的动态特性进行图形化仿真。仿真结果验证表明:所建立的涡桨发动机一体化数学模型满足设计要求,反映了各子系统之间的复杂集成和耦合关系,利用系统模型仿真进行控制系统的组合优化能够有效提高系统性能。

基于新型音轮的涡桨发动机桨距-相角-转速一体化测量研究

为了有效解决多传感器安装的困难和音轮转子不平衡问题,研究了一种基于新型音轮的涡桨发动机桨距-相角-转速一体化测量方法,提出带有多个常规齿和一组对称标志斜齿的新型音轮结构,经过信号处理模块把传感器波形调理成方波,分析方波边沿时刻就能获取螺旋桨的桨距、相角和转速。通过COMSOL数值仿真研究了不同音轮结构对电压波形及测量精度的影响,设计了涡桨发动机桨距-相角-转速一体化测量试验台。试验结果表明,在非极端齿位差角范围内,桨距和相角的误差曲线呈现很好的线性特性,经过线性补偿修正后,桨距、相角和转速测量精度可以分别控制在±0.7%,±0.05%和±0.027%,可以满足涡桨发动机控制精度需求。

基于多设计点方法的陶瓷基材料涡桨发动机热力循环分析

为了研究陶瓷基复合材料(CMC)对先进民用涡桨发动机总体性能带来的提升,建立了双转子燃气发生器自由涡轮式涡桨发动机多设计点热力循环分析模型,并编制了相应的程序。计算分析了采用常规金属材料、仅高压涡轮导向器采用CMC以及整个高压涡轮部件采用CMC的涡桨发动机总体性能。结果表明:(1)高压涡轮导向器采用CMC且保持高压涡轮转子进口温度与金属材料一致,耗油率和单位功率性能最多分别提升1%和1.1%,同时可以使燃烧室出口温度最多降低83℃。(2)高压涡轮导向器采用CMC且保持燃烧室出口温度一致,耗油率和单位功率性能最多提升1.6%和6.5%。(3)当整个高压涡轮采用CMC时,耗油率和单位功率性能最多提升7.8%和20%。