CAUSALITY DIAGRAM BASED SAFETY ANALYSIS OF MICRO TURBOJET ENGINE

An improved safety analysis based on the causality diagram for the complex system of micro aero-engines is presented.The study is examined by using the causality diagram in analytical failure cases due to rupture or pentration in the receiver of micro turbojet engine casing,and the comparisons are also made with the results from the traditional fault tree analysis.Experimental results show two main advantages：（1）Quantitative analysis which is more reliable for the failure analysis in jet engines can be produced by the causality diagram analysis;（2）Graphical representation of causality diagram is easier to apply in real test cases and more effective for the safety assessment.

基于二自由度PI的微型涡喷发动机转速闭环控制

针对传统PI控制无法使微型涡喷发动机的扰动抑制性能与设定值跟踪性能同时最佳的问题,开展了微型涡喷发动机二自由度(Two-Degree-of-Freedom, 2-DOF)PI控制研究。首先基于Speedgoat实时目标机搭建了快速原型试验系统。根据发动机开环试验数据辨识得到不同稳态点下的传递函数模型,在此基础上设计了2-DOF PI控制器,并进行仿真验证。最后将控制算法部署至Speedgoat中开展实物试验。结果表明,设计的2-DOF PI控制器能够使微型涡喷发动机的扰动抑制性能与设定值跟踪性能同时最佳,并在发动机较大的工作范围内有良好的控制性能。

微型超紧凑燃烧室切向进气气膜冷却数值研究

将切向气膜孔冷却结构应用于新一代微型超紧凑燃烧室壁面,通过分析切向冷却射流在微型超紧凑燃烧室工况下的流动和冷却特性,以及对燃烧室整体性能的影响,以探索切向气膜孔在超紧凑燃烧室壁面冷却上的可行性。采用热流固耦合方法并结合燃烧工况,进行了不同倾角和不同顺逆排布气膜孔的相关数值模拟研究。模拟结果显示,切向气膜孔表现出优异的冷却性能,后排绝热气膜冷却效率均超过82%。主流中的反向涡旋对与冷却射流的掺混燃烧是导致前排位置绝热气膜冷却效率低和分布均匀性差的主要原因。射流倾角对气膜冷却性能的影响较大,倾角越小,全覆盖气膜形成速度越快,绝热气膜冷却效率越高。当倾角从60°减小到30°时,形成全覆盖气膜所需的排数减少约4排,后排的绝热气膜冷却效率从82.8%增加到94.5%。引入气膜孔会对燃烧室内的流动产生影响,气膜孔的引入改善了出口截面高温气体贴近燃烧室壁面的问题,但对燃烧室出口温度分布均匀性改善作用不明显。

微型涡喷发动机离心压气机叶轮强度分析

发动机旋转部件的强度分析是微型涡喷发动机设计过程中的重要组成部分,具有足够的结构强度是发动机正常稳定运行的保证。首先介绍了微型涡喷发动机离心压气机的国内外研究现状,并以KJ66涡喷发动机的离心压气机叶轮为例,分析了其结构组成及特点,并基于SolidWorks软件建立了离心压气机叶轮的三维模型;然后利用有限元软件ANSYS Workbench建立了有限元模型并进行了力学仿真研究。通过对离心压气机叶轮力学强度的模拟分析,为离心压气机叶轮结构进一步优化设计提供了一定的理论参考。

微型涡喷发动机喘振故障的预警技术研究

为有效预警微型涡喷发动机(MTE)的压气机喘振故障,首先,通过在发动机仿真模型中进行故障注入来确定喘振故障对应的发动机相关参数;其次,在微型涡喷发动机试验台上加装对应监测参数的传感器,采集卡采集并传输数据,并进行多次试车试验;然后,在0~140000 r/min转速区间内选取6个特征转速点,结合仿真模型与MTE试车数据,计算特征转速点下参数的故障阈值;最后,基于LabVIEW设计1个喘振故障预警程序,并在MTE试验台上设计喘振故障试验以验证预警程序的可行性。结果表明:压气机喘振故障影响最大的2个参数为压气机出口压力与燃烧室出口温度;当MTE出现喘振现象时,压气机出口压力骤降且燃烧室出口温度大幅升高;故障预警程序不仅能够实时监测参数变化并发出告警,还能及时停止发动机工作,保障试验人员安全。

微涡喷发动机离心甩油盘环形折流燃烧室的设计与实验研究

微涡喷发动机是低成本的结构简单的燃气涡轮动力装置,特别适合于推动巡航导弹、(雷达)假目标、轻型直升机、无人侦察机和航空靶机。离心甩油盘环形折流燃烧室由于具有燃油雾化质量好,轴向长度短,高空性能好等优点,很适合作为微涡喷发动机动力装置的燃烧室。本文主要研究了离心甩油盘环形折流燃烧室的气动热力学参数和几何参数的设计,并通过实验研究验证参数设计的合理性。

W^2P1微型涡喷发动机地面试车台推力测量系统

介绍了W^2P1微型涡喷发动机地面试车台推力测量系统，包括W2P1发动机试车台架，推力测量系统（推力测力系统、推力校正系统）、液压加载校准装置及其校正方法。试车证明，该发动机试车台推力测量系统结构简单，性能稳定，操作简单方便，精度可达0．1％。

微型涡喷发动机燃烧室优化与试验研究

在微型涡喷发动机甩油盘式折流燃烧室自主设计的过程中,遇到由高转速向设计转速过渡时发动机骤熄的问题。通过对骤熄原因逐个排查并结合Fluent软件对不同转速下燃烧室流场的数值计算结果进行研究,最终查明问题缘由并开展针对性的优化。试验显示优化后的火焰筒成功解决燃烧室骤熄的问题,发动机各项性能达标。结果显示解决发动机骤熄的关键因素在于:维持头部多涡流场结构不变,主燃区进气量约32%,头部多采用密集并且直径小于2mm的小射流孔以及沿火焰筒轴向渐进式小气量供气。

100N推力级微小型涡喷发动机数字式电子控制器研究

建立了100N推力级微小型涡喷发动机模型,应用鲁棒控制算法进行了控制器软、硬件系统开发设计;提出了全新的仿真方法,用该方法对控制器进行了仿真,取得了良好的效果。电子控制器不仅具备等转速调节功能,且有足够的逻辑、多种控制监测和保护功能,完全符合多功能FADEC控制的要求。

微型涡轮喷气发动机发展综述

100daN以下推力的微型涡轮喷气发动机能为微小型飞行器提供优质和可靠的动力,已成为国内外研究的热点。微型涡轮喷气发动机具有尺寸小、转速高、零件数少、工作时间长、推力易调节、红外辐射低、能重复使用等优点。其推重比已经超过11.0,已在无人作战飞行器、防空武器靶标、精确打击弹药、试验飞行器等装备上大量应用。本文从研发机构与代表产品、性能与结构特点、应用现状等方面,对微型涡轮喷气发动机20世纪50年代以来的发展情况进行了综述,可为今后国内研制高性能微型涡轮喷气发动机提供参考。随着进一步降低成本、提高推重比,微型涡轮喷气发动机将有更强的竞争力和更广的发展前景。

新型纽扣式涡喷发动机燃烧室数值模拟

为了给超微型燃烧室提供数据参考,对设计的某微型燃烧室的稳态燃烧过程进行数值模拟.采用三维建模,入口参数采用等熵数值计算,考虑了湍流化学反应、热辐射等情况,不仅得到燃烧室稳态工作时的速度场、温度场及各组分浓度分布,而且分析了燃料/空气的流动与回流、燃烧效率以及总压恢复系数的情况,并与实验数据进行对比.计算结果可以较为准确地反映燃烧室的实际燃烧情况.结果表明,燃烧室出口速度约为65m/s,出口温度约1 000K,仿真与实验数据契合度高,燃烧室结构设计合理.

保形通道式扩压器在微型涡喷发动机中的应用

采用结构新颖的保形通道式扩压器并运用其三维设计方法,对某直径16 cm的微型涡轮发动机的扩压器进行改进设计。改进型微型扩压器由完整的主叶片和布置于通道后部的分流叶片构成,相较于原型的径向、轴向分段叶片式扩压器,可全程对气流的扩压度和流向进行控制,避免气流在无叶转弯段的强烈掺混,减小流动损失。数值模拟结果表明,在设计工况下,改进前后扩压器的流量特性基本保持一致,改进型微型扩压器总压恢复系数提高5.5%,扩压能力亦有明显增强。

气液2相离心甩油盘设计

为了进一步减少微型涡喷发动机零件数目,降低成本,设计了1种气液2相离心甩油盘。在甩油盘设计过程中借鉴了气液2相泵的设计方法,设计了1组叶片用来提高甩油盘的加压能力,并在供油管路中供入空气用来防止气蚀。对所设计的甩油盘进行了数值校核和部件及整机试验验证。数值计算结果表明:甩油盘的性能和强度均满足使用要求。甩油盘部件和发动机整机试验表明:甩油盘雾化效果良好,具有宽转速范围的快速点火及起动能力,可满足设计要求。

以能力培养为目标的微型涡喷发动机装调试车虚拟仿真实验设计研究

高校实验教学是高等教育教学非常重要的组成内容。随着现代教育理念的不断深化,虚拟仿真实验作为传统实验项目的补充逐渐受到各高校的重视。项目组根据自主研发的实验设备设计了以能力培养为目标的微型涡喷发动机装调试车虚拟仿真实验项目,该项目以通过智能交互、虚拟仿真为设计思路,以实现工科学生综合能力培养为目标,以发动机装配调试和测试分析为主要实验内容,以题目测试、过程实操、和数据分析为考核,以较低成本实现较高的学生培养效果。

微型涡喷发动机推力测量的新方法与验证

为了测定微型涡喷发动机的推力,设计了一种摆架式测力装置,通过台架试车试验测量了发动机推力、转速等工作性能参数,以及发动机尾喷管进口总温、总压等热力状态参数,再利用一维气动理论和试车数据计算得出理论推力。结果表明:实测推力与理论推力基本吻合,验证了推力测量方法的合理性。在此基础上进一步分析了发动机的单位推力、推重比、单位迎面推力等指标,研究表明该发动机高速性能优于低速性能,满负荷工况下发动机推重比为7.4,迎风推力为15 kN/m 2,并且在结构紧凑性方面具有优化设计空间。

微型涡轮发动机电动供油流量控制系统设计

针对微型涡喷发动机的燃油控制要求,选用汽车用电动油泵进行适应性改进作为供油执行装置,详细分析了电动油泵的特性及泵转速无法测量情况下流量控制的技术难点,并以83C552单片机为核心,采用电压负反馈加电流补偿代替转速负反馈、电机通过PWM驱动的方法设计电动油泵流量闭环控制系统。在完成系统建模、PID控制器设计与仿真的基础上进行控制性能试验,试验结果表明所设计的流量控制系统可满足微型涡轮发动机的供油控制要求。

微型涡喷发动机控制算法研究

针对微型涡喷发动机的工作过程,在研究发动机控制规律的基础上,开发了微型涡喷发动机起动过程、加减速过程、稳态过程和停车过程的控制程序;结合微型涡喷发动机的数字电子控制器,采用动态预估自适应滞后补偿控制规律,完成了控制软件设计。发动机地面试车试验表明,该控制程序可满足发动机控制要求。

弯掠前缘叶型对小型跨音速离心压气机性能的影响

为了探索提高跨音速离心压气机喘振裕度的方法,根据国外某型微型涡喷发动机压气机参数,设计了直纹面叶轮和弯掠前缘叶轮。利用Fine/Turbo分别对这两个叶轮进行CFD计算,对比叶轮内部流场及性能曲线,分析两种叶型对离心压气机喘振裕度的影响。结果表明,弯掠前缘叶型能有效的提高压气机喘振裕度并且改善叶轮出口流场。

微型涡喷发动机总体综合设计应用研究

微型涡喷发动机总体设计目前还没有较为详细的设计准则和方法。采用涡轮发动机的尺寸和重量设计与评估方法,对9~80 kgf级的多台微型涡喷发动机进行总体综合设计并与其发动机数据进行对比评估;建立微型涡喷发动机综合设计数据库,提炼微型涡喷发动机综合设计准则,利用该准则进行16 kgf级微型涡喷发动机的总体综合设计。结果表明:应用微型涡喷发动机总体综合设计方法得到的设计准则可靠性高,能够对微型涡喷发动机进行总体方案设计。

微型涡喷发动机离心压气机加进口导叶的仿真研究

为了扩大离心压气机的稳定工作范围,针对一款微型涡喷发动机压气机的离心叶轮,通过数值模拟的方式,研究不同开合角度的进口导向叶片对离心叶轮的性能影响。通过对比不同角度下内部的流动状况,进口导向叶片的角度对叶轮性能有显著影响。与原设计相比,在20°导叶的情况下,内部流动状况得到了改善,喘振裕度和最高效率都有提升。证明通过调节进口导向叶片角度来扩大压气机稳定工作范围是可行的。