畸变指数比例可调的组合插板数值模拟研究

利用畸变发生器开展进气总压畸变试验研究具有较好的安全性与经济性,是航空发动机稳定性评估的重要技术。现有畸变发生器在稳、动态畸变指数比例的调节上具有一定的不足,较大地制约了发动机稳定性的评估。针对该局限性,本文创新设计可调组合插板畸变发生器,用于实现稳、动态畸变指数比例的调节。同时,采用应力混涡模拟(SBES)模型进行数值模拟,旨在提高大尺度分离涡结构的捕捉能力。研究发现,与基于雷诺平均N-S (RANS)方程的模型相比,采用SBES模型模拟的稳、动态畸变指数具有更高的准确度。此外,可调组合插板畸变发生器产生的稳态畸变指数占比可达约19%~58%,相较于单插板约50%的稳态畸变指数占比有了较大范围的拓宽。研究证实了本文设计的可调组合插板畸变发生器具有稳、动态畸变指数比例可调的能力。

综合压力畸变指数的计算软件设计及验证

设计了专用软件计算稳态压力畸变指数,同时利用该软件绘制了气动界面总压图谱,并利用某风洞试验数据验证了该软件的准确性;设计了数字滤波器对动态压力数据进行处理,研究了滤波器截止频率、数据取样时间对动态压力畸变指数的影响。应用所设计的稳态压力绘图和畸变计算软件及动态压力数据处理方法,对某型飞机飞行时发动机进口气动界面的综合压力畸变指数进行了计算。

基于RBF神经网络发动机进气总压畸变指数预报

本文基于进气总压畸变试验数据混沌特性分析的基础上,建立了基于混沌参数的RBF神经网络预测模型,并将该模型用于对发动机进气总压畸变指数的预测.结果表明该模型可以对进气总压畸变指数随时间的变化规律做出有效预报,从而为进一步对发动机实施有效的、实时的监控提供有力的保障.

空气进气畸变指数对固冲补燃室燃烧性能的影响

本文探讨了空气进气畸变指数对双水平进气布局固体火箭冲压发动机补燃室的性能影响。由于在不同工作姿态下,固体火箭冲压发动机进气道出口截面的流场结构不同,设计对应不同进气道流场结构的空气进气畸变模拟装置。根据进气畸变图谱形状和畸变指数两个重要因素进行方案设计,并采用数值计算的方法,对不同空气畸变图谱、进气堵塞比的补燃室掺混燃烧性能进行仿真分析。结果表明,相对于基准工况,随着堵塞比的增大,补燃室的总压恢复系数呈现出先小幅减小后快速减小的趋势;在相同畸变图谱下,随着堵塞比的增大,补燃室温升效率基本呈现先小幅减小后增大的趋势,且堵塞比在42%时温升效率均低于无畸变情况下的基准工况。

某型航空发动机进口畸变指数测量试验研究

本文简要介绍了某型航空发动机进口畸变的试验原理、试验设备,着重对进口畸变指数测量试验过程中遇到的喘振、流量测量精度低等关键问题进行了详细的分析研究,提出了解决方法,保证了试验的顺利进行,且结果真实可靠。通过该试验测定了在不同工作状态下发动机发生喘振现象时的畸变指数,得出了相关变化规律,为该型发动机的稳定性评估提供了依据,同时文中试验方法可为其他型发动机的畸变试验提供参考。

2种进气畸变流道结构对航空发动机进口流场的影响

基于某型航空发动机插板式进气总压畸变试验,重点分析了进气段采用收敛形和直线形2种进气流道结构对发动机进口总压畸变流场的影响,并对3维数值模拟结果进行了研究。结果表明:在收敛形进气流道结构下,当插板相对插入深度大于45%后,发动机进口总压畸变流场稳态周向畸变指数逐渐减小,且随插板深度增加,发动机进口畸变流场逐渐趋向均匀;直线形进气流道结构在插板深度逐渐增加时,进口畸变指数平稳增大,流场不均匀性增强,能较好地表征发动机进口畸变流场形态。

周向总压畸变对对转压气机影响效应分析

以对转压气机为研究对象,在数值方法校验的基础上,应用全通道定常流场分析手段计算了对转压气机不同周向畸变条件下的三维流场,获取了周向总压进气畸变对该压气机性能以及流场结构的影响效应,确定了对转压气机的临界畸变角,分析了不同畸变强度对压气机性能的影响规律,探讨了周向总压畸变在对转压气机中的发展演化过程。结果表明:(a)所研究的对转压气机临界畸变角约为72°,略高于传统动-静叶排交替的压气机临界畸变角;(b)相比均匀进气工况,当畸变指数为0.24时,对转压气机失速点压比和失速裕度分别下降3%和9.6%,当畸变指数为0.5时二者分别下降8.3%和19.8%;(c)未畸变区与畸变区流体之间存在的压力梯度影响转子叶片相对来流速度。进入畸变区叶片来流相对速度减小,负荷降低,退出畸变区叶片来流相对速度增大,负荷增大;(d)上游转子使得畸变水平提高,下游转子反向旋转效应抑制了来流相对速度变化趋势,增强了气流在其叶片通道中的掺混,使得畸变水平有所下降。

涡扇发动机进气畸变容限控制研究

对某型涡扇发动机风扇,建立进气畸变下的准一维气动稳定性分析模型。利用该模型的计算结果,训练一个基于BP神经网络的畸变估算模型,并嵌入到0维发动机实时仿真程序,以实现进气畸变容限控制。结果表明:在无畸变或小畸变情况下,通过收缩喷口来提高风扇工作点挖掘发动机潜力的作用有限;放开喷口临界面积能有效容忍高畸变指数进气;主燃油与主控制器强烈耦合,使得其难以稳定控制风扇裕度。

径向总压畸变对风扇前后流场的影响研究

采用数值模拟的方法,对某大涵道比小型涡扇发动机的风扇部分进行建模,并分别设置等效低压区为扇形角度60°、90°、120°及150°这4种不同程度的总压畸变进口条件,研究进气道径向总压畸变进口条件下,风扇前后流场的变换规律。研究发现,风扇后流场的总压畸变指数比风扇前大,说明风扇后流场受到风扇转动作用,其不稳定度程度比风扇前大;相对于切向速度和轴向速度,径向速度畸变指数受总压畸变的影响更大;总压畸变指数在风扇前呈增长趋势,且不同径向总压畸变进口条件的变化规律十分相似,总压畸变指数在风扇后存在最大值区域。

某型航空发动机进气压力畸变试验研究

针对飞机在大攻角飞行时易引起进气道和发动机进口流场畸变的情况,对某型发动机的综合抗进气压力畸变能力进行了整机试验研究。试验采用插板式畸变模拟器研究发动机综合抗总压畸变能力,获得了各规定风扇换算转速下发动机临界畸变指数,完成了畸变条件下遭遇加速试验,发动机过渡态工作正常。结果表明:该试验方案可行、数据可靠、结果有效,该型发动机满足飞机/发动机相容性试验要求。

基于神经网络的航空发动机进口总压畸变重构研究

为建立适用于畸变容限控制技术的航空发动机进气总压畸变估算方法,采用基于神经网络方法,以飞机试飞测量数据为基础,分别开展了发动机进口总压流场和稳态周向畸变指数重构方法研究。以壁面静压、发动机进口面中心点总压以及攻角、侧滑角数据分别构建了三种不同输入参数组合的神经网络模型,并对比分析了各模型的重构精度和适用性。结果表明:采用神经网络方法可以较好地建立壁面静压、飞行参数与发动机进口总压分布和稳态周向畸变指数的映射模型;以壁面静压、发动机进口面中心总压、攻角和侧滑角为输入的神经网络模型,对于总压流场重构和稳态周向畸变指数重构都具有最佳的重构精度;采用先重构流场总压分布再计算稳态周向畸变指数的间接方法相对于直接重构稳态周向畸变指数的方法具有更高的重构准确性;对于与建模飞机具有相同进气道结构和布局的飞机,训练完成的神经网络模型对总压流场重构具有一定的适应性,对稳态周向畸变指数重构适用性差。

小流量温度畸变发生器工作特性试验研究

为了研究涡轴发动机温度畸变发生器工作特性,以氢气为燃料、空气为氧化剂,依据V型槽稳焰和传焰原理,设计了小流量温度畸变发生器,建立了小流量温度畸变发生器试验平台,针对两种不同结构温度畸变发生器进行了大量试验,获得了温度畸变发生器的总压恢复系数、总压不均匀度、面平均温升和温度分布不均匀度等工作特性,绘制了温度畸变发生器出口温度畸变图谱。结果表明:温度畸变发生器主要性能参数和出口温度图谱能够满足涡轴发动机进口温度畸变的工作要求。

不同插板下的航空发动机进口压力畸变试验

为了得到不同插板形状对航空发动机进气畸变的影响规律,分别采用平插板和角插板方式在插板式压力畸变发生器上开展了某型发动机进气畸变试验,并采用综合指数法对数据进行分析。结果表明:在插板遮挡区域内形成了广阔范围的总压恢复系数小的区域,且平插板形成的范围更大;在发动机0.9状态下,为形成综合畸变指数为13%的畸变,需使平插板插入0.3、角插板插入0.4深度,采用平插板时具有更大的面平均总压恢复系数、更低的流量;在相同发动机转速下,随插板步进,周向畸变指数和面平均紊流度均增大,且在小深度时面平均紊流度对畸变指数贡献大,在大深度时周向畸变指数贡献大;对2种插板的畸变趋势与发动机状态、插板深度的关系进行预测可知,在不同发动机状态下,畸变强度均随插板插入深度的增加而增大。研究结果可为后续发动机进气畸变研究提供依据。

航空发动机进气畸变实验方法研究

为研究航空发动机进气畸变实验方法,对实验装置和测试方案、实验方案进行了研究,采用插板式畸变发生装置,对进气道测点合理布置,使用恰当的数据处理方法,得到了不同转速下不同插板深度产生的压力畸变强度。采用综合指数法对数据进行分析,结果表明,一定转速下综合畸变指数与插板深度正相关,综合畸变指数在插板深度0.15前增速慢,0.15~0.3增速快,综合畸变指数随转速增加而增加,转速越低,达到相同综合畸变指数所需插板深度越深。

民机反推力装置对发动机进气口流场畸变影响数值模拟研究

采用CFD手段模拟了民机着陆时反推力系统打开后的全机流场,着重研究反推力系统工作时对发动机进气口流场的影响,并计算了不同状态下的进气口静态总压畸变指数,对全机流场进行了可视化分析,为民机发动机反推力系统设计提供生动直观的设计依据,也是CFX软件在全机复杂喷流N-S方程数值模拟中的成功应用。

三级风扇进气压力畸变特性分析

基于多子区平行压气机彻体力模型,就某风扇特性和S2流面计算结果进行了气动稳定性的评估与分析。介绍了进口流场畸变对风扇稳定性影响的数学模型,并阐述了该模型的求解方法;计算和分析了压力畸变对风扇稳定性影响的结果,并讨论了压力畸变在风扇系统中的传递和分布情况。计算结果表明:风扇在相对换算转速75%下稳定裕度储备可能不足;中低转速下的导叶调节规律需要优化,同时还需对中低转速下的总体匹配做进一步分析。

基于试验数据统计的畸变特性关联模型

针对常规压气机进气压力畸变试验中采用多组插板、多组安装距离进行逐一尝试,导致试验效率低的问题,收集整理并统计了6台套压缩部件进气压力畸变部分参数的变化规律。利用插板前马赫数作为基准,初步得到不同插板安装状态下综合畸变指数随进口马赫数的关联模型。利用该模型对各种试验状态下的畸变指数进行预测,准确度基本能达到14.0%,为压缩部件进气压力畸变试验插板布局方案的制定提供了参考依据,并可提高试验效率。另外,关联模型还揭示,相比于气动界面与插板距离,插板深度对畸变流场的影响更大。

某型十级高压压气机进口总压周向畸变试验研究

以某型高压压气机为试验对象,研究了进口总压180°周向畸变对该压气机性能的影响。开展进口均匀进气和总压周向畸变条件下的压气机特性录取试验,并对试验结果进行了对比分析。结果表明:进气周向畸变导致压气机性能恶化,流量、效率均有一定程度的下降;周向畸变对高转速影响较大,随着转速降低影响逐渐减弱。

温度压力组合畸变试验和评定方法

完成情况简介：本项目研究了温度压力不同方位对临界温升与压力畸变指数的相关性。建立了发动机稳定裕度损失与压力温度畸变的相关方程。摸清温度和压力组合畸变对发动机稳定性影响的机理和在发动机系统中的发展特征，可定量地评定进气畸变影响程度。开展了动、稳态进气畸变传递模型，机理，

背负式进气道设计及其气动性能研究

背部式进气道在无人机气动设计中得到了广泛的应用。针对背部进气的气动布局，进行了进气道的综合设计。并借助于风洞实验，研究了不同雷诺数下的机身背部附面层高度，测量了进气道不同隔道高度时的气动性能，最终选定了隔道高度与机身长度之比为H／L=O．19。通过进气道攻角特性、侧滑角特性的气动研究，设计进气道取得了良好的气动性能总压恢复系数达到0．98～O．99。最后对有、无前机身干扰影响时的进气道性能进行了对比实验，实验结果表明通过与前机身匹配设计的进气道性能要优于没有前机身的进气道性能。