浅谈通道涵施工技术

以实际工程为背景,结合施工经验,讨论了通道涵施工技术的要点。实践证明,通过控制这些要点,能较好保证工程质量。

涵道风扇部件耦合设计方法及初步应用

涵道风扇是未来绿色航空动力的重要发展方向,快速、准确的涵道风扇设计方法成为工程领域的迫切需求。在传统的涵道风扇设计方法中,部件间的耦合效应需要建立在完善的三维数值计算或试验数据的基础之上。而本文发展了考虑涵道风扇关键部件耦合效应的设计方法,形成了涵道风扇一体化设计手段,并以此为基础开展了涵道风扇的一体化设计及验证工作。结果表明:相比于简单叠加设计方法,耦合设计使叶片推力设计误差由15%减小到3.5%;采用部件耦合方法设计的带有扩张喷管涵道风扇和等直径喷管涵道风扇的转静叶片推力设计误差满足工程需求,确认了部件耦合的设计方法正确传递了部件间的影响关系;通过试验对设计结果进行了推力校验,试验结果与设计点的总推力误差为1.25%,证明了本文发展的耦合设计方法的准确性。

分布式电推进系统中涵道风扇耦合效应的试验与数值研究

基于分布式电驱动涵道风扇推进系统在气动性能、推进效率和鲁棒性方面具有极大应用潜力,系统中复杂的耦合效应缺乏深入研究和理解。本文应用试验与数值模拟相结合的方式研究了某分布式涵道风扇系统中推进器之间的耦合效应,分析了推进器之间耦合干涉作用的规律与机理,为推动分布式电驱动涵道风扇的飞行器工程应用提供理论基础。研究结果表明:相较于风扇的孤立型布局,分布式布局风扇进口存在速度畸变影响涵道风扇性能,导致推力降低4%;分布式布局中风扇之间的耦合效应等效于风扇两侧存在虚拟且无黏的壁面结构,该虚拟壁面结构会诱发风扇两侧的两对流向涡;机翼-风扇之间的耦合效应表现为机翼的有黏壁面结构,会诱发风扇唇口上方的流动分离以及近机翼侧的一对流向涡;在分布式布局中涵道风扇出现转速下降或失效时,仅会对邻近风扇的性能造成影响,由于边缘风扇失效只有一个邻近风扇摄取失效风扇上游的流量,而中间风扇失效有两个邻近风扇用于摄取流量,边缘风扇失效对流动的影响高于中间风扇。

内涵喷管关键几何参数对巡航工况超大涵道比短舱气动性能的影响研究

为降低燃油消耗、污染物排放和气动噪声,民用涡扇发动机朝着超大涵道比(Ultra-High Bypass Ratio,UHBPR)方向发展。发动机尺寸增大导致的短舱阻力和质量增大会减小甚至抵消涵道比增大带来的收益。为进一步提升UHBPR短舱的气动性能,建立了评价巡航工况进气道、外罩和排气系统整体气动性能的参数,基于数值模拟研究了内涵喷管关键几何参数对短舱气动性能的影响规律,并分析了影响机理。结果表明:核心后罩收缩比和内涵喷管长径比对发动机安装推力损失的影响较大,最大变化量分别为10.77%和13.40%。核心后罩收缩比取较小值,内涵喷管长径比取值在0.9附近有利于减小发动机的安装推力损失。流场分析表明:核心后罩收缩比、内涵喷管长径比和出口角变化会影响外涵喷管出口下游的激波前马赫数、激波位置、强度以及其与附面层的相互干扰,也会影响尾锥附近的压力分布,还会影响内涵喷管出口马赫数,从而显著影响核心后罩推力、尾锥推力和内涵喷管推力。巡航工况下外涵喷管超临界而内涵喷管亚临界,内涵喷管几何参数变化几乎不会影响外涵喷管的性能,但会显著影响内涵喷管的流量和推力。内涵喷管流通能力的变化会影响发动机的流量,进而影响冲压阻力、附加阻力和外罩阻力。

电推进涵道风扇气动快速求解方法及性能分析研究

随着绿色航空发展,为了能在设计阶段快速获得涵道风扇气动性能参数和非定常流场特征,有必要开发一种高效的数值求解方法。基于小型电推进风扇内流弱可压和尾迹耗散特性,本文将转子和涵道的面元与尾迹涡粒子耦合,使用面元法求解固壁流场,使用涡量输运方程求解远场尾迹传播特征,克服了有限体积法尾迹耗散快的问题。研究表明,本文发展的面元-涡粒子耦合方法对涵道风扇叶表压力与有限体积法趋势一致,整体推力误差为7.83%,能满足工程快速预测需求。本文发展的高效非定常计算方法的尾迹计算数值耗散低,能揭示更为复杂的非定常流动现象,仿真结果显示风扇涵道对尾迹发展有明显约束,而当尾迹传播至外部时,涡量呈现出明显的收缩和对称分布特征。在计算效率方面,本文发展的耦合方法非定常计算效率高,计算相同非定常时间步耗时仅为有限体积法的1/6,具有潜在的涵道动力非定常设计应用价值。

基于改进自抗扰的涵道无人机姿态控制

为解决涵道无人机在狭窄空间下易受紊乱气流影响,导致姿态控制系统鲁棒性能差、控制精度低等问题,以自主研发的共轴双旋翼涵道无人机为研究对象,进行运动学和动力学建模,在此基础上考虑建模的误差和飞行过程中存在的外部干扰,采用PID和自抗扰控制串联的方法设计涵道无人机的姿态控制系统,并通过搭建仿真模型,对涵道无人机在理想情况和有紊流风场扰动情况下进行仿真对比测试,最后在真机上进行飞行试验。结果表明,所设计的姿态控制系统具有良好的鲁棒性和抗干扰性能。

船用三叶涵道螺旋桨气动特性的数值模拟与分析

为研究某型在研应急救援气垫船上搭载的三叶涵道螺旋桨的气动特性,基于滑移网格方法建立涵道螺旋桨流场数值预报模型。设计3套不同疏密程度的非结构与结构混合网格方案进行不确定度分析,将NASA涵道螺旋桨的数值计算结果与实验数据进行比较,验证本文建立的数值模型具有较好的可靠性和准确性。基于建立的数值模型,分别计算了孤立螺旋桨和涵道螺旋桨在不同转速下的复杂流动。结果表明,相同转速下,涵道螺旋桨总推力系数较孤立螺旋桨增加10%,工作效率提高25%;涵道扩大了螺旋桨前部低压区的分布范围;涵道壁改变了螺旋桨桨尖流线特性,抑制了桨尖涡的形成,减少了能量损失;该型螺旋桨孤立状态下静推力为470 N,不能满足该型气垫船设计要求,加上涵道后其静推力为516 N,航行状态下推力为327 N,均能满足设计要求。

高空大推力涵道风扇气动设计研究

以飞行器推力涵道风扇为背景,利用NASA的涵道风扇模型和实验数据进行数值计算与验证;利用自编代码求解设计要求的涵道风扇在悬停状态下总体性能参数;采用叶素理论对风扇叶片进行设计,根据初始模型的数值结果对涵道风扇各个关键部件进行优化,得到一种新型的涵道外形截面。结果表明:涵道唇口导圆半径的增大会降低唇口处的分离,从而增大风扇进出口流量;小桨叶60%~100%处的出口安装角,增大了涵道风扇的出口轴向速度。两个部件的优化共同提升了涵道风扇的升力,达到设计指标要求。

新的直升机复合材料涵道制造技术

为了实现AC332民用直升机复合材料涵道结构的高质量、低成本、敏捷快速制造,针对结构特点和各项设计要求,开展正向工艺设计,提出一种新的直升机复合材料涵道制造技术。新的直升机复合材料涵道制造技术包括零件的精准制造技术、涵道结构胶接装配技术、精加工技术,对直升机复合材料涵道制造技术展开论述,介绍直升机复合材料涵道制造技术的应用情况;与传统直升机的涵道制造技术从产品质量、工装需求、操作性、制造成本方面进行对比。结果表明:新的直升机复合材料涵道制造技术达到了降低成本、缩短制造周期、简化工装、提升质量、保证接口精度的效果,对其他直升机大部件的精准制造具有参考价值。

涵道螺旋桨多工况设计

单一工况下设计的涵道螺旋桨通常不能满足垂直起降飞机的多工况高效需求。基于叶素动量理论可以开展涵道螺旋桨多工况设计,其关键在于不同工况下螺旋桨拉力占比、修正来流速度的计算。在无螺旋桨几何的情况下,采用动量源方法对涵道拉力进行估算,提出了修正来流速度的计算方法,基于最小能量损失原则建立螺旋桨几何,采用多重参考系方法进行耦合计算流体力学(computational fluid dynamics,CFD)修正,得到单一工况下弦长扭转角关系、螺旋桨拉力占比以及修正来流速度。通过改变设计升力系数及转速,使不同工况下涵道螺旋桨的弦长及扭转角相匹配。分析结果表明,动量源方法计算的涵道拉力占比较大,来流速度修正方法可减少相同工况下耦合CFD求解计算量。多工况设计可有效提高涵道螺旋桨的综合效率。

涵道风扇电机强迫风冷散热结构设计与实验

针对涵道风扇电机的轻量化高效散热需求,提出基于涵道风扇内部流场的强迫风冷散热方法,设计了肋片高度为3 mm、6 mm、9 mm和12 mm的四种风冷散热结构,应用工程估算和CFD方法对不同风速下散热效果进行对比分析,搭建实验平台开展地面试验验证。结果表明,在桨毂上增加散热肋片能够有效提高散热效率,壁面温升可降低至无肋片模型的74%、55%、44%、35%;对于轴向风冷,肋片能显著强化散热,但是存在温度不均的问题。工程估算和CFD方法对电机的带肋表面风冷散热分析有较好的精度,可用于涵道风扇电机的温升预示,为涵道风扇推进系统的使用提供依据。根据分析结果提出了高功率密度电机强化散热的研究方向。

面向大涵道比涡扇发动机的风扇纯音噪声经验预测模型

随着涡扇发动机涵道比的不断提高,风扇噪声对于发动机总噪声的贡献量越来越大,因此准确地预测风扇噪声对发动机的降噪设计和适航符合性评估具有重要的意义。在现有风扇噪声半经验预测模型架构的基础上,利用某型号大涵道比涡扇发动机的噪声试验数据,适应性地发展了风扇纯音噪声预测模型,将预测模型中的转/静间距函数与叶片后掠角及工况相关联,并提出考虑不同工况影响的指向性函数,预测精度较现有模型有大幅提升。与试验数据的对比表明,本模型的预测误差在5 dB之内,验证了新开发模型的准确性。

变循环发动机后涵道引射器的研究现状与关键技术

变循环发动机是航空发动机的发展方向。相较于传统的航空发动机,变循环航空发动机在加力燃烧室中设置了后涵道引射器这一典型可调几何机构,以满足整机对气动匹配、推力和燃油经济性的需求。讨论了变循环发动机后涵道引射器的发展历程、布置位置、结构形式等,分析了后涵道引射器的结构特征和功能特点,点明了对加力燃烧室气动热力性能、结构尺寸的影响和对发动机推力、耗油率的影响。同时,结合后涵道引射器的发展历程和技术特征,指出了其在性能、结构和控制等方面需要深入研究的快速响应、精准控制和高可靠性等关键技术。通过对后涵道引射器的讨论和分析,以期为变循环发动机乃至未来涡轮基组合循环发动机的后涵道引射器性能和结构设计提供参考。

某型大涵道比涡扇发动机滑油中断试验研究

以某型大涵道比涡扇发动机的研制需求为背景,以其整机滑油中断试验为研究对象,依据该型发动机滑油中断试验技术要求,在参考其他类型航空发动机滑油中断试验经验方法的基础上,对科研试车台设备系统进行滑油中断试验适应性改造。对试验方案、操作口令、应急预案、试验前后工作等内容进行研究,并从发动机性能参数、滑油系统参数、振动情况等试验结果进行总结分析,为该型发动机的研制提供了必要的技术支撑和试验依据,对后续该类型相关试验开展也具有参考意义。

涵道式两栖飞行器空中飞行姿态的仿真分析

两栖飞行器是既能在地面上行驶又可以在空中飞行的一种新型飞行器。文章研究的涵道式飞行汽车是通过车身的主涵道螺旋桨产生升力,车尾的推进螺旋桨产生推力完成升降及前进。利用ANSYS-CFX对飞行汽车在空中飞行时的飞行姿态进行了仿真分析,得到飞行汽车的升力,翻滚力矩,俯仰力矩及偏航力矩等参数,并分析飞行汽车前飞状态的流场结构,根据数值结果对飞行汽车空中飞行姿态进行讨论。

大涵道比发动机核心机流量与推力相关性研究

为满足大涵道比发动机不同起飞推力的设计要求,对不同进气质量流量及压缩比的核心机采用Gasturb软件开展发动机起飞推力相关性研究;以压缩比最大、核心机进气质量流量最大的核心机为例,采用核心机低压部件重新匹配方法,试验设计不同推力量级下对应的发动机性能参数。结果表明:核心机进气质量流量对发动机起飞推力影响较大,核心机压缩比对发动机推力影响较小;核心机进气质量流量越大,发动机推力越大;降低低压部件级数,可减小发动机推力,但可能影响发动机油耗、尺寸、部件设计等;提高低压部件设计水平和增加低压部件级数,可增大发动机设计起飞推力,但应满足发动机温度裕度要求。

涵道螺旋桨气动特性的CFD模拟及结构参数影响分析

涵道螺旋桨的气动特性对涵道飞行器的动力性能有直接影响。对影响涵道气动特性的结构参数进行量化,采用单一变量法,对具有不同桨尖间隙、唇口半径、桨盘安装位置、涵道扩散角的涵道模型进行了计算流体力学(CFD)仿真研究,通过对流场结构及升力特性进行对比分析,得到了涵道螺旋桨结构参数对增升特性的影响规律。

直升机涵道尾桨气动噪声特性风洞试验研究

基于中国航空工业空气动力研究院FL–52航空声学风洞试验条件,对直升机涵道尾桨模型的气动噪声特性进行了试验研究。对试验数据进行了射流剪切层影响修正,获得了涵道尾桨在悬停、前飞状态下的噪声频谱及远场指向性。分析了噪声随桨尖马赫数的变化规律,结果显示涵道尾桨气动噪声符合载荷噪声特性。对比了桨叶沿桨毂周向分布规律对气动噪声频谱特征的影响。获得了悬停和前飞状态下涵道对噪声传播的遮蔽效果影响,悬停状态下尾桨旋转平面内噪声降低约2 dB,前飞状态下尾桨旋转平面内噪声降低5~8 dB。

多涵道无人机设计及悬停性能数值仿真

针对无人机空中自主对接和组合飞行任务需求设计了6涵道螺旋桨无人机气动构型。运用数值模拟对该型无人机进行悬停工况气动特性研究,研究不同悬停转速下整机气动性能的变化,并在涵道环括工况下对螺旋桨进行气动优化。研究结果表明:螺旋桨是悬停升力的主要来源,随着转速变化,涵道升力始终占总升力的17%左右;阻力来自机体上表面和电机支架的迎风阻力,支架的阻力达到涵道螺旋桨总升力的10%;随着桨盘载荷提升,无人机功率载荷降低;涵道的存在影响了螺旋桨的滑流特性,造成桨盘平面轴向速度增加,截面翼型迎角变小,工作效率降低,经过合理调整其扭转角分布螺旋桨效率得到提升,拉力提高3.3%,效率提高2.9%。

分布式涵道尾桨气动噪声特性研究

为研究新型分布式涵道尾桨噪声特性,建立了基于滑移网格和可穿透积分面的分布式涵道尾桨气动、噪声特性分析方法并验证了方法的有效性。流动控制方程采用非定常雷诺平均N-S方程,空间离散采用二阶逆风Roe格式,时间推进方法采用隐式LU-SGS格式,湍流模型采用S-A一方程湍流模型,噪声求解方法采用FW-H方程。基于建立的方法,对比分析了传统变总距孤立尾桨和电动变转速多涵道尾桨气动与噪声特性。结果表明:相同气动力状态下,相比于变总距孤立尾桨,在尾桨噪声主要影响方位(桨盘平面内),三涵道尾桨噪声降低5~6 dB。随着转速降低,分布式涵道尾桨噪声声压级逐渐降低。