基于AMESim的液压模式冲压空气涡轮系统仿真研究

冲压空气涡轮系统(Ram Air Turbine, RAT)是飞机应急能源系统,紧急情况下为飞机提供应急能源,用于飞机的操控。在分析涡轮调速机构原理基础上,建立了涡轮部件调速机构的动力学方程,并在AMESim中建立了涡轮部件仿真模型。分析了RAT液压泵的原理,结合柱塞液压泵调压、卸荷原理,建立了RAT液压泵的动力学方程,并在AMESim中建立RAT液压泵仿真模型。在涡轮部件和RAT液压泵模块基础上,建立液压模式RAT系统仿真模型,分析了液压模式RAT的性能,为液压模式RAT的设计和分析提供了一种方法。

液压模式冲压空气涡轮系统联合仿真研究

冲压空气涡轮系统(RAT)是飞机的应急能源设备,在相对气流的作用下为飞机提供应急能源。为研究液压模式RAT启动性能、动态调速新能及应急能源输出特性,分析液压模式RAT工作原理,分别在Motion和AMESim环境中建立液压模式RAT的动力学模型和液压仿真模型。通过构建两模型之间的接口文件,建立了液压模式RAT的联合仿真模型,实现了动力学与液压的联合仿真。仿真结果与理论分析一致,验证了联合仿真方法的可行性,为液压模式RAT的设计和仿真分析提供了一种方法。

冲压空气涡轮系统辅助功能分析及应用

冲压空气涡轮系统是飞机的应急能源设备,应急状态下可为飞机提供应急液压能/电能。冲压空气涡轮系统的辅助功能可有效配合其主功能,提高系统性能,增加冲压空气涡轮系统使用、维护过程的安全性等。针对国内多型冲压空气涡轮系统研制需求,总结了国内外冲压空气涡轮系统的主要辅助功能,并分析了辅助功能的典型实现方式,为冲压空气涡轮系统的需求分析、方案设计提供指导。

矿用风动水泵涡轮系统空气动力学分析

应用空气动力学理论 ,采用复变函数保角变换 ,对涡轮叶片的形状及喷嘴安装角度进行了分析研究 ,得出了叶片的形状和最佳喷嘴角度 ,并对涡轮的风动功率及效率进行了分析计算 .试验结果表明 ,数学模型的建立合理 ,理论方法正确 ,据此改进的新产品 ,设备总效率提高了1 3 55% ,噪声降低了 4dB ,从而改善了产品的性能 .

柴油机可控机械复合涡轮系统总能效率优化研究

针对重型柴油机余热和余压能回收利用,提出了一种可控机械复合涡轮系统。该系统采用废气旁通阀和无级变速器,根据发动机运行工况动态调节增压涡轮和动力涡轮的运行状态,以获得最大的总能效率。在基于GT-SUITE的发动机及整车仿真平台上,从设计域层面研究了动力涡轮通流面积与传动速比对柴油机总能效率的影响规律,提出了增压涡轮、动力涡轮与发动机的匹配策略;针对发动机在驾驶循环下的全工况运行特征,从控制域层面研究了无级变速器传动速比和动力涡轮旁通阀开度对动力涡轮运行效率及系统总能效率的调节规律;根据所提出的无级变速器和旁通阀的控制策略,对总能效率改进效果进行了评估。研究结果表明:增压涡轮与动力涡轮的匹配关系对总能效率的提升效果有显著影响。标定工况下总能效率提高了4.3%,FTP75市郊驾驶循环工况下节油率为1.28%。

冲压空气涡轮系统结构协同优化

针对冲压空气涡轮系统,首先分析了结构在贮存场景和工作场景下的载荷工况,然后对各工况下的约束进行数学建模。基于敏感性分析方法发现,冲压空气涡轮结构方案设计中的关键设计变量包括支撑臂、收放作动器、舱门连杆的内外径以及它们之间的连接点位置。之后,建立了冲压空气涡轮系统结构的动态松弛协同优化模型。该优化模型中,首先针对贮存场景和工作场景分别进行考虑多工况约束的结构优化,然后在系统级借助动态松弛因子进行优化变量的协调。最终,本文在Isight多学科设计优化软件中实现相关仿真分析、工具集成和优化求解。基于动态松弛的协同优化方法,本文将冲压空气涡轮的结构重量优化至初始重量的87%,优化效果显著。

冲压空气涡轮系统最低允许空速的试飞测试方法

冲压空气涡轮系统(RamAirTurbine,简称RAT系统)是飞机上的备份电源系统。当飞行中出现主电源无法正常供电的情况时,该系统作为应急电源为飞机上的重要设备供电。对冲压空气涡轮系统装机后的最低使用空速的测试方法进行了研究,并进行了试验验证。阐述了试飞方法、试飞改装方案,并举例说明了试验的过程。通过实例对该方法的可行性进行了验证,证明该测试方法具有可行性并可以保证飞机安全。

未来3年美国对风力涡轮系统的需求将增长

预计未来3年内，美国对风力涡轮系统和配件的需求量将以每年6．8％的速度增长，到2010年将达到101亿美元。 促使这一需求增长的原因是美国越来越重视开发本国能源，特别是可再生能源，不仅清洁而且不受燃料价格的影响。

利用均匀试验设计优化矿用风动水泵风动涡轮系统结构参数

根据矿用风动水泵在使用过程中效率低的问题,采用了均匀设计试验法优化水泵的性能,用均匀设计表安排了风动水泵风动涡轮的叶片弦高和喷嘴角度对性能影响的试验,经回归分析得到了最佳的试验结果。用单因素试验法分析了诸因素对性能的影响规律,对于涡轮系统的参数选择在综合考虑各影响因素的情况下,重点考虑喷嘴角度和叶片弦高的影响,其中喷嘴角度对水泵性能影响最大,试验最终获得良好效果。表明均匀设计试验法是安排多水平试验的良好方法。

攻坚克难科研路筑牢安全飞机梦——记飞机应急动力冲压空气涡轮系统关键技术及应用研究

安全性、经济性和舒适性是民航飞机的永恒追求，其中安全性是第一位。

冲压空气涡轮系统总体结构分析及应用

冲压空气涡轮系统是飞机的应急能源系统,飞机正常飞行状态下,冲压空气涡轮系统回收在舱内。飞机应急状态下,冲压空气涡轮系统展开,在相对气流作用下工作,为飞机提供应急电能/液压能。针对国内多型冲压空气涡轮系统的研发需求,总结了国内外冲压空气涡轮系统在各机型上的应用及技术研究现状,系统地论述了液压模式、电力模式及混合模式冲压空气涡轮系统的总体结构,分析了各结构的特点及影响冲压空气涡轮系统总体结构的主要因素,为冲压空气涡轮系统的研制提供参考。

涡轮电推进系统建模及控制规律设计

为了研究涡轮电推进系统的工作特性及控制规律设计方法,建立了涡轮电推进系统总体性能仿真模型。基于部件法建立了涵道风扇性能计算模型;基于电机效率图建立了发电机及电动机性能计算模型;基于面向对象的建模方法建立了电推进模块计算模型。将建立的电推进模块计算模型加入涡扇发动机部件级仿真模型中,构建了涡轮电推进系统的共同工作方程组,即其性能仿真模型。采用逆算法研究了不同几何参数控制规律下,涵道风扇推力调节时推进系统的工作特性。通过在性能仿真模型中添加推力平衡方程,并结合差分进化算法构建涡轮电推进系统优化模型,形成了涡轮电推进系统控制规律优化设计方法,应用此方法计算了推进系统节流过程控制规律和性能参数。计算结果表明:本模型设计点性能计算结果与国外发动机性能计算软件计算结果最大偏差仅为0.22%,验证了建模方法的有效性;当涵道风扇推力改变时,可能导致涡扇发动机出现超温、超转和喘振等问题,通过联合调节尾喷管喉部面积和涵道引射器面积,可以有效改善这些问题;设计出的节流过程控制规律可以保证不超温、不超转,具有足够的喘振裕度,且在节流过程中还能进一步降低耗油率;该控制规律还具有连续、单调的特点,利于工程实现。

涡轮发电系统发电机热管理优化

涡轮发电系统作为混合动力系统中的重要部分,其温升问题将影响到发电机的运行安全,导致整个混合动力系统停止运转,而发电机绝大部分热量集中在定子部分。本文基于混合动力背景,对某高速永磁发电机进行热分析研究,发现主要发热部位绕组和定子铁心各处温度分布存在一定不均匀性。基于此,分析两种冷却优化方向的效果。在水平双进口方案和轭部开孔孔径增大方案中,分别观察到各处温差明显减小以及电机整体温度明显降低,冷却效果十分优异。

叶型接受孔耦合叶轮结构优化对涡轮预旋供气系统性能改进研究

预旋供气系统为燃气涡轮转子叶片提供高品质冷气。为改进预旋供气系统温降性能,基于预旋供气系统数学模型的理论推导,揭示出原模型温降性能不显著的影响机制和解决方法,提出一种动叶前缘式进口的叶型接受孔的优化模型,并评估优化前后预旋供气系统的热力学和气动特性。结果表明,预旋腔内转静部件匹配问题是影响系统性能的一个重要限制因素,动叶前缘式接受孔能够解决转静难以匹配的问题。在满足供气流量和供气压力的条件下,采用动叶前缘式接受孔的优化模型预旋腔压力由原模型的640.2kPa降至533.0kPa,降低了16.7%。系统温变由温升转为温降,温降效率由-30%增加至55%,温降变化范围达13.56K。比功耗由6720 J/kg降至3979J/kg,下降了40.8%。

高速飞行器空气涡轮发电系统仿真与评估

针对高速飞行器的高空发电问题,提出了一种以高温高压的冲压空气作为工质的预冷-两级膨胀的空气涡轮发电系统。采用理论分析计算与软件模拟仿真计算相结合的方法,建立了高速飞行器空气涡轮发电仿真模型,对空气涡轮发电系统进行性能分析,并采用起飞总质量法对发电系统进行评估分析。结果表明,高速飞行器在飞行高度30 km和飞行马赫数为6的飞行条件下,发电系统所需冲压空气0.0945 kg/s,在换热器处与JP-7燃油充分换热,使得涡轮前冲压空气温度降低至1196.36 K,保护涡轮不受高温损伤,同时发电系统可以稳定输出28.2 kW电量供用电系统及用电设备使用,此外,经换热后的燃油进入发动机,在很大程度上提高了系统的经济性。

基于自适应粒子群优化算法的串联复合涡轮储能优化策略

针对发动机串联复合涡轮发电系统储能困难等问题,提出了一种基于自适应粒子群优化(SAPSO)算法的最大功率点追踪(MPPT)方法,增强发电系统功率的捕获能力。此外,采用混合储能系统(HESS)替代单一蓄电池储能,实现电能的高效、稳定存储。通过Matlab/Simulink软件,建立了基于发动机串联复合涡轮发电的储能优化控制仿真模型,对比分析了不同控制方法在设定工况下的功率追踪性能以及混合储能系统的储能特性。仿真结果表明,相较于传统扰动观测法(P&O)控制方法,在所提的SAPSO-MPPT方法下,发电功率提高了190 W,响应时间缩短了0.15 s。同时,HESS能够有效追踪母线上的需求功率,电能回收效率高达95.3%。最后,基于Y24型改装发动机台架搭建了串联复合涡轮发电系统实验平台,对所提储能优化控制策略的节油潜力进行了实验验证。结果表明,SAPSO-MPPT+HESS储能优化策略能够有效提高排气能量回收效率,优化后系统总热效率比原发动机提高了提高0.53个百分点。

高速飞行器油气涡轮发电系统仿真与评估

采用理论分析计算与软件模拟仿真计算相结合的方法,建立了高速飞行器油气涡轮发电系统仿真模型,将仿真结果与实验结果进行了对比分析,并采用起飞总质量法对发电系统进行评估分析。分析结果表明,高速飞行器在马赫数为6巡航条件下,热电转换率可以达到10.41%,系统单位发电量仿真结果与实验结果最大误差为9.7%,最小误差为1.5%。飞行器在马赫数为7巡航条件下,热电转换率可以达到9.58%,系统单位发电量仿真结果与实验结果最大误差为6.8%,最小误差为0.314%。发电系统中发电设备带来的燃油代偿损失最大,为1.315 kg,占总燃油代偿损失的41.9%。

矿用气动水泵涡轮系统参数优化设计

矿用气动水泵以压缩空气为动力,用于矿山巷道掘进工作面的排水。工作过程中存在效率低和噪声高等突出问题。通过正交试验方法对其涡轮系统进行参数优化设计,确定了影响工作效率的主要因素及其主次顺序,得出最佳水平组合。通过验证,水泵效率提高了10.8%,噪声降低了4 dB,改善了其经济性和实用性。

燃气涡轮增压系统恢复柴油机高原功率研究

针对柴油机在高原行驶存在功率下降的问题,提出一种采用燃气涡轮增压系统恢复高原柴油机功率的解决方案,该系统由燃烧室、压气机、涡轮、点火装置、喷油器和控制系统等组成,燃气涡轮增压系统的压气机分别对燃烧室和原柴油机供气,因而该系统同时需要两种不同压比的空气,为此专门设计了一个双压比压气机,并通过试验验证双压比压气机能够满足上述要求.以某柴油机为例进行计算分析,得到了初步的设计和工作参数,结果表明:采用燃气涡轮增压系统能够恢复柴油机在高原的行驶功率,为后续的样机研制提供了依据.