基于多模式加速及反步滑模的航空发动机压气机压力模拟方法

在航空发动机硬件在环仿真试验中,压气机出口压力模拟是一个重要的环节。为模拟压气机失稳过程中的气流突变现象,需要设计一种高精度的压力模拟系统,通过该模拟系统生成真实压力信号为全权限数字发动机控制器提供准确的压力激励。根据开关阀特性提出多模式加速切换策略,设计加速驱动波形及生成方法,结合现场可编程门阵列模块精确输出加速波形,提高开关阀启闭速度;在传统三模式与五模式切换的基础上设计七模式切换方法,结合反步滑模控制方法提高控制精度并证明了控制系统的稳定性。研究结果表明:在稳态压力测试中最大平均超调量为1.25%,最大平均稳态误差为0.016 MPa;在随机阶跃响应试验与正弦跟踪试验中仅有低于0.02 MPa的平均误差;压力模拟方法可满足航空发动机硬件在环仿真试验的高精度压力模拟需求,低成本的实现精准模拟压力。

某离心压气机转子叶尖流场测试及可视化分析

对壁面动态压力传感器阵列测试技术进行了研究,并将该技术应用于某离心压气机转子叶尖的动态流场测试中,获取了大量的动态流场测试数据。采用锁相技术和线性插值方法对测试数据进行了处理和分析,并采用数据可视化技术将动态数据转化成压力分布云图,从云图中可以清楚看出离心压气机不同工作状态下转子叶尖的压力变化,有助于分析转子叶尖处泄漏流、前缘溢流以及泄漏流和分流叶片前缘的相互作用。转子叶尖流场测试及可视化分析结果可以为压气机性能验证和数值模拟方法的修正提供重要的技术支撑。

微型离心叶轮叶片进口角度对压气机性能影响

为了研究离心叶轮叶片进口角度对离心压气机气动性能的影响,在叶片进口处设计5组不同叶顶弯曲角度和3组不同叶根倾斜角度的离心叶轮,实现了不同的叶轮叶片进口角度,采用计算流体力学(CFD)方法对不同叶型的离心压气机在设计工况下的流场进行了仿真分析。研究结果表明:对于跨声速微型离心式压气机,增大进口叶片叶顶弯曲角度可提高压气机的等熵效率和压比。当叶顶弯曲角度从50°增大到70°时,离心压气机的压比增大17%,等熵效率增大22%,进口气流角减小而出口气流角增大。增大叶根倾斜角度压气机出口压力比降低2.4%,等熵效率降低3.9%。叶片进口弯曲角度是提高其等熵效率、压比的一种有效方法,该分析方法为合理选择叶片前缘角度提供了参考,为跨音速微型离心压气机的设计提供了借鉴。

合成氨装置氨冰机出口压力高原因分析及优化改造

安徽六国化工股份有限公司280kt/a合成氨装置自2012年12月投运以来,总体运行平稳,但也存在一些制约合成氨装置长周期满负荷运行的问题,其中包括氨冰机出口压力高致合成氨装置减负荷运行的问题,一度成为影响合成氨产量提升的瓶颈。经分析,原因主要在于氨冰机负荷高、合成回路与氨冰机系统水冷器/冷凝器冷却效果差、惰性气冷却器换热效果不佳。找到问题症结所在并实施一系列优化改造后,氨冰机负荷及其出口压力显著降低,合成氨产量有效提升,汽轮机动力蒸汽用量降低,实现了节能降耗、增产增效。

进气压力畸变对某涡轴发动机影响分析研究

以某组合压气机形式的涡轴发动机为对象,开展进气总压畸变对发动机稳定性和性能的影响研究。利用“平行压力机”理论,建立了多子发动机模型,通过一维、时间相关模型方程计算发动机内部的流动参数。通过该发动机的进气压力畸变试验结果校验计算模型,得到该涡轴发动机的压力畸变计算模型。利用该模型对发动机进行评估。计算结果表明,该型涡轴发动机低转速状态时的抗压力畸变能力较弱;当出现进气压力畸变后,第一级轴流压气机和离心压气机的工作裕度不足,此时发动机性能会快速下降,但当综合压力畸变指数超过1%后,性能下降趋势会降低。

一种测量跨声速多级压气机转子出口二维流场的方法

为了获得小型压气机设计所急需的关键流场信息,发展了一种基于圆柱单孔高频压力探针测量小型轴流压气机级间动态流场的测量方法。该探针测量原理基于圆柱绕流特性,借助高速锁相采集技术,利用旋转探针多角度法实现级间动态流场测量。采用插值和拟合对测量的数据进行处理,从而获得级间二维定常流场。误差分析表明,该探针测量精度较高,偏转角误差小于1.8°,马赫数、总压和静压的极限误差分别为3.4%,0.94%和3%。将该高频探针应用于某小型跨声速3级轴流压气机,测量结果表明:85%叶高至机匣范围内,总压和马赫数明显要比叶根低得多,气流出现明显过转。这些测量结果为优化该压气机级间匹配指明了方向,验证了该高频压力探针测试技术的工程应用价值。

高负荷压气机旋转不稳定诱发转子叶片非同步振动的实验研究

为揭示高负荷压气机旋转不稳定诱发转子叶片高振幅值非同步振动的发展过程及其产生机理,本文从实验角度出发,详细揭示了一种由旋转不稳定涡激发转子叶片非同步振动瞬态过程中流体主动作用至被动响应的变化趋势。研究结果表明,在叶片振动触发前,第一级转子叶尖分离涡扰动已存在,但其频率与叶片固有频率未耦合。随级负荷进一步升高,分离涡频率小幅波动,诱发其与叶片一阶固有频率耦合,激发转子叶片高振幅值振动。气流扰动周向模态数由流体主动作用时的高模态发展为被动响应时的低模态。

从端壁动态压力场看压气机转子尖区流动

用高频压力传感器测量了低速单级压气机转子叶尖动态压力场。结果表明，转子叶背附面层径向潜流使得叶背附近存在一个高压带。叶背角区和叶盆角区的气流交混造成通道中部具有甚至不低于叶盆处的高压力。两个高压区都随流量的减小而扩大，并随流向逐渐融合，反映了叶背附面层径向潜流和中部气流交温的发展。设计状态下，泄漏涡是造成转子叶尖压力脉动的主要因素，形成的高水平压力脉动区随流向呈喇叭形逐渐扩大，约在一半弦长处脉动最强。近失速状态下，叶背前部角区中强叶面附面层潜流及与强泄漏流和端壁附面层的交混造成大范围的强压力脉动区，局部扩展到整个通道，通道中部叶背附面层很有可能发生分离。

压气机转子出口流场的发展及三维紊流特性

用单斜热丝和高频压力探针仔细测量了单级压气机转子出口及下游的三维紊流流场 ,揭示转子出口流场的变化 。

单转子轴流压气机不同状态下进出口三维时均流场

用圆锥四孔高频压力探针测量了单转子轴流压气机不同流量状态下 ,转子进出口三维时均流场。结果表明 ,压气机转子进口流动沿周向呈现较强的周期性变化 ,尤其在近失速状态 ,叶片压力面侧总压和静压高 ,吸力面侧总压和静压低 ,而前缘附近轴向速度低、相对气流角大。转子出口流场测量结果证实了文献 [1

45°周向压力畸变对轴流压气机影响的实验研究和机理分析

设计了一种45°周向压力畸变模拟发生器,并在某高速轴流压气机实验台进行了实验研究.在中等转速下,详细研究了45°周向压力畸变对该轴流压气机级的转子的性能影响,以及整个轴流压气机级(转子进口、转子出口和静子出口)的压力周向分布.研究结果表明,在中等转速下,畸变区的范围在转子出口转移和扩大并不明显,但是在静子出口扩大了近100%;在转子出口畸变强度明显增强,而在静子出口强度衰减;与均匀进气的情况相比,压气机转子压比提高了1.8%,近失速点换算质量流量减小了2.5%.

压气机内有效滞止压力概念及其应用探索

提出了有效滞止压力的概念来综合考虑流体微团速率与方向对其做功能力的影响,并结合风扇/压气机内部流动的设计要求,从工程应用层面给出了有效滞止压力和压差系数的定义.初步结果表明,有效滞止压力的应用可以更好地反映流动方向对叶轮机非定常流场的影响,并使得流场性能参数对流场质量的变化更敏感,对于合理分析非定常流场是有益的.

欠频响压力探针测量压气机动态流场的结果分析

压气机内部流动具有很强的非定常特征,尤其是小尺寸发动机叶片通过频率高达30~80 k Hz,而动态压力探针的响应频率只能与叶片通过频率相当,采用其测量不易获得具体的高频流场结构。为了研究这种欠频响情况下测得流场与真实流场的差异,以某低速压气机为对象进行了模拟研究。采用频响为420 Hz的动态压力探针及频响大于33 k Hz的单斜丝热线探针,测量了叶片通过频率为303 Hz的转子出口流场。修正了动态压力探针的容腔效应对测得流场的影响,校验了在测试系统响应频率较低时,修正后流场与热线测得的参考流场之间的差异。对比结果表明：原始流场压力信号的部分频率成分产生了较大偏差,出口截面流场的周向位置有较大误差。经修正后,周向位置较为准确,泄漏堵塞区域形态以及强度都与参考流场的更为接近,但由于尾迹区存在部分高频,修正后结果与参考流场的差异仍较明显。

气固两相压气机平面叶栅表面压力分布的试验研究

试验研究了气固两相流流过压气机平面叶栅时 ,叶栅表面压力分布随粒子浓度、叶栅进口气流速度和冲角改变而变化的规律。结果表明 :随着粒子浓度、气流速度升高 ,叶栅表面的气相与纯气流的压力之间的差别增大 ;冲角不同叶栅表面的气相相对纯气流的压力系数变化规律不同。文中还对栅后沿栅距分布的气流速度进行了测量 ,发现气相速度在叶片附近不同于纯气流速度。

离心压气机叶轮出口气体流动演变规律数值仿真研究

采用全三维仿真计算方法,针对离心压气机叶轮出口位置,进行了气体流动演变规律研究。研究结果表明:相同转速下,随着流量的减小,叶轮出口绝对气流角增加,且增加的范围主要集中在叶轮流道中心以下区域,叶顶区域变化不明显;相同转速下,叶轮出口总压比呈逐渐增加趋势;相同转速下,流量的减小使得叶轮顶部的效率损失减小而主流区的效率损失增加,压气机的最终效率取决于间隙流和主流流动损失的耦合作用。

单转子压气机出口三维流场紊流特性

单转子压气机设计状态出口叶尖通道中部、叶根吸力面角区和转子尾迹内具有较强的紊流脉动,泄漏涡是造成尖部气流掺混的主要因素。近失速状态通道内气流脉动明显增强,并沿周向和径向呈现出较大的梯度,叶尖通道中部的紊流强度分布证实了气流剧烈交混的发生,0.87 叶高和0.25 叶高吸力面附近的强紊流中心来源于叶背附面层分离形成的旋涡。在出口测量截面上紊流强度3 个分量的最大值,径向分量最大,轴向分量次之,切向分量最小。流量减小,紊流强度尤其是径向紊流强度有大幅度的提高。

构成轴流压气机出口不稳定的主要影响因素

为探讨构成转子出口不稳定性的主要影响因素 ,借助三维N S方程数值求解轴流压气机孤立转子流场 ,计算了转子出口沿主流方向的不稳定参数并与实验结果加以对比 ,两者吻合较好。计算结果分析表明 :转子下游的不稳定性主要由紊流脉动动能和尾迹亏损构成 ,且前者占主要成分。采用双方程紊流模型的三维N S方程求解结果 ,可以有效地模拟转子出口不稳定参数沿径向的分布 ,对进一步深入探索转子出口流动的非定常效应具有重要的理论意义和工程实用价值。

平面波压力扰动下压气机逐级动态响应分析

应用轴流压缩系统的逐级动态响应模型对平面波型压力扰动下的多级压气机瞬态响应及气动稳定性进行了较详细的数值分析。对－ ８级跨声压气机的数值模拟结果表明， 基于流动阻塞机理建立的压缩系统稳定性判别准则是合理和可靠的。

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。

压力敏感涂料技术在涡轮叶片和平面叶栅中的应用进展

由于传统压力测量技术难以实现涡轮叶片表面压力分布的连续监测,因此,开发新型测量技术变得尤为迫切。压力敏感涂料作为一种非接触式的光学表面压力测量技术,其以低成本、高空间分辨率、全域测量能力以及对气动流场影响小的显著优点,已经成为压力测量领域的一个研究热点。本文从实验装置设计、测量结果分析等多个维度,详细介绍了压力敏感涂料技术在涡轮叶片和平面叶栅压力测量中的应用现状,深入讨论了实验设备参数选择、测量布局优化等关键问题。同时,结合国内外的研究与应用案例,探讨了压力敏感涂料技术在叶片表面压力测量领域所遇到的挑战和发展前景。