轴流压气机可调静子叶片间隙泄漏流数值模拟

为了探究轴流压气机前面级可调静子叶片部分间隙泄漏流对压气机性能和流场的影响,通过数值方法模拟某轴流压气机带有可调静子叶片的前面级1.5级流场,并详细分析了部分间隙泄漏流特征。数值仿真结果表明,相较带容腔原型算例,部分间隙使得压气机特性线往左下方偏移,设计点效率降低0.12%,近失速点效率降低1.83%,但喘振裕度提升6.4%;可见受到部分间隙泄漏流影响,静子叶片根部出口气流角明显增加;部分间隙泄漏流可以给吸力面根部角区低能流体充能,降低设计点端壁处的损失,降低近失速点吸力面分离涡的强度,提升喘振裕度;根部部分间隙造成叶片根部做功能力降低,但影响范围控制在5%叶高以内;部分间隙造成静子根部流场发生改变,使得设计工况点静子根部产生一条附着线,并形成闭式分离。

交替静叶布局对轴流压气机气动稳定性的影响

为揭示交替静叶布局控制角区分离的流动机理,提升压气机性能,实现压气机的扩稳,采用了数值模拟方法对某高负荷跨声速压气机展开交替静叶设计研究。通过改变静叶叶尖进口几何角,调整叶片的布局方式,得到一种改叶型弯角交替静叶,在此基础上结合叶片弦长进一步优化,得到另一种改弦长交替静叶。数值研究表明:改叶型弯角交替静叶布局压气机的稳定裕度相对原型提升了34.7%,改弦长交替静叶使改叶型弯角交替静叶的压气机稳定性进一步提高,但会造成压比和效率的小幅下降,即以损失部分性能的代价换取了压气机稳定性的提升,改弦长交替静叶压气机在前者基础上将稳定裕度进一步提升了9.7%。新型的静叶布局使得相邻流道的流场结构产生差异,在周向上形成上、下角区分离交替分布的格局,促进了相邻流道出口流体的汇聚。叶型弯角的改变使角区低能流体区引入了更多高能流体,抑制了低能流体在角区堆积,提升了静叶的扩压能力。而弦长改变的同时增加了叶片前掠,阻隔了部分气流,实现了气流的重新分配,一定程度上平衡了两侧气流流量的不均匀性,从而改善了该压气机的气动稳定性。

八次方定子曲线对叶片泵动态性能的影响

为了降低叶片泵在原油开采过程中的振动,应尽量消除其由于加速度突变而造成的运行冲击。通过推导八次方曲线方程,得到定子内腔过渡曲线的数学模型。采用MATLAB软件对过渡曲线进行拟合。为了验证该叶片泵的动态性能,设计了实验方案,进行叶片泵变速和变压实验。实验结果表明:在500 r/min转速下,扬程达到23.14 m,流量达到2.44 m^(3)/h,满足了低速设计要求;叶片泵对外部压力负载有一定的要求,其最大值不能超过0.5 MPa,若超过此值,叶片泵将失去自吸能力;随着转速的提高,其流量和噪声增大;随着压力负载增大,流量呈先上升后下降的趋势,噪声总体呈上升趋势,但在压力负载大于0.25 MPa后上升有所缓慢,泵内流量逐渐趋近于0,此时泵的噪声主要来源于叶片与定子的摩擦。研究结果为减小叶片泵的振动和噪声以及叶片泵结构的进一步优化提供了参考。

基于改进ARINC的复杂机械系统可靠性分配方法

在航空发动机静叶调节机构的设计初期,由于缺少完整的失效统计数据,其常常会出现可靠性分配结果不合理或难以分配的现象。针对这一问题,以故障模式、影响和危害性分析(FMECA)评价指标的非线性转换方法为基础,提出了一种基于改进ARINC的复杂机械系统可靠性分配方法。首先,对FMECA分析的失效率评价指标进行了非线性转换,近似地表示出了零件的工作失效率,并结合可靠性关键件的概念,提出了一种改进的ARINC分配方法;然后,提出了使用改进ARINC分配法进行复杂系统可靠性分配的步骤;最后,以静叶调节机构的叶片联动系统为应用实例,使用上述方法和步骤完成其子系统可靠性指标的分配任务;为了验证改进的ARINC方法的优越性,将其与传统ARINC方法进行了对比。研究结果表明:改进的ARINC方法能有效解决实际工程中数据不足,难以科学地分配可靠性的问题,增加了ARINC方法的适用性;与采用传统ARINC方法得到的分配结果相比,通过改进ARINC方法得到的联动半环、联动半环搭接段和叶片摇臂衬套的可靠度分别降低了0.14%、0.33%和0.94%,其分配结果显示了该方法可以给一些关键零件(工作失效率较高、难以保证较高可靠性)分配较低可靠度指标的任务,比传统ARINC方法的分配结果更为合理。

某型压气机VSV机构油压驱动力试验研究

航空发动机压气机在运行过程易发生喘振现象,危及发动机寿命。为达到提高VSV机构的运行可靠性以及降低发动机能耗等目的,满足整机台架试验要求。本文搭建了某型压气机VSV机构油压驱动试验台,采集不同工况下VSV机构油压驱动力,得到了常规与极限速度下油压驱动力数据,给出了VSV机构油压驱动力变化规律。试验结果表明:常规速度下,速度变量对油压驱动力几乎没有影响,行程变化工况下到达上止点时,油压驱动力会出现阶跃现象,对压气机VSV机构工作过程中驱动力预测和规律变化以及针对发动机压气机系统能耗、效率优化研究有一定的工程意义与参考价值。

0Cr16Ni5Mo1马氏体不锈钢静子叶片热处理工艺模拟

基于实测的0Cr16Ni5Mo1马氏体不锈钢的基础参数,采用热处理工艺仿真软件对0Cr16Ni5Mo1马氏体不锈钢压气机静子叶片进行了加热和冷却过程的数值模拟。揭示了静子叶片热处理过程中的三维温度场、组织场和应力应变分布随时间的变化。对残余应力的模拟结果和实测结果进行了对比。结果表明:数值模拟能较准确地预测淬火后0Cr16Ni5Mo1钢静子叶片残余应力的变化趋势,但预测应力大小的准确度仍有待提高。

压气机叶片仿鲨鱼鳃开槽对叶栅气动性能的影响

基于鲨鱼鳃射流减阻的思想,采用数值方法,将仿鲨鱼鳃结构应用在压气机平面叶栅中。在叶片根部从压力面向吸力面开槽,采用单个进口、两个出口的开槽结构,以期在获得较大的出口射流的情况下实现对压气机叶片的减阻,达到提高叶栅气动性能的效果。在保证开槽结构的进出口宽度、出口起始位置、开槽内的隔板宽度、深度等几何参数不变的基础上,研究开槽进口起始位置、开槽高度对叶栅性能的影响。结果表明:合理的仿鲨鱼鳃开槽结构可以有效改变叶片吸力面根部角区的流动结构,抑制气流沿叶高方向的流动,从而降低流动损失;最佳方案为开槽结构位置位于48%~53%压力面弧长处,开槽高度为15%叶高,可以使压气机叶栅总压损失减小7.16%。

基于灵敏度分析的可调静叶调节机构运动精度优化

为提升高负荷多级轴流压气机静叶调节机构的运动精度,针对5级联调构型,梳理了37个对调节精度可能存在影响的参数,提出了一种基于局部灵敏度分析的参数降维预处理优化方法。通过局部灵敏度分析认识各参数对调节精度的影响规律,甄选重要参数,依靠自主优化程序与多体运动学软件联合的技术途径并采用SQP算法对机构进行优化:仅采用相对灵敏度影响最大的9个参数进行优化时,调节精度达到0.4020°;采用剔除13个绝对灵敏度最小参数后的参数进行优化时,调节精度优化达到0.2000°;而采用全部37个参数进行优化后,调节精度依然为0.2000°。结果表明:所提出的降维预处理优化方法能够在保证运动精度的同时有效减小计算规模,联合优化的方式较传统虚拟样机优化具有更高的精度。

基于1DCNN-Resnet-LSTM模型的LEAP发动机可调静子叶片角度预测

可调静子叶片(VSV)是航空发动机压气机气流控制的重要机构,能够扩大压气机稳定工作范围,提高其气动性能。依托飞机快速存取记录器(QAR)中储存的海量LEAP发动机数据,建立一种基于1DCNN-Resnet-LSTM模型对LEAP发动机的VSV角度进行预测的方法。模型的评价结果显示,模拟输出对比实际输出误差小,模拟趋势变化能够很好贴合实际数据,表明使用深度学习算法对VSV角度进行预测进而探索其控制规律具有可行性和显著的优势。

进口边界层对采用弯叶片的平面扩压静叶栅流场性能的影响

给定不同型式的进口边界层,在两种不同亚音速条件下对一平面扩压静叶栅的弯叶片流场进行了数值模拟。结果表明弯叶片对扩压叶栅的改善的能力受进口边界层的特征影响。这种影响分为两个方面:(1)边界层厚度的影响和(2)边界层动量损失厚度的影响。边界层越厚或动量损失厚度越大,在低马赫数条件下弯叶片对吸力面角区密流增加越明显,从而更大程度地提高了端区的流动性能,降低了叶栅损失。在高马赫数条件下,若边界层越厚或动量损失厚度越大,角区密流虽变化不大,但因端区损失较大,其性能的提高会给叶栅总性能的改善带来较大的收益。

考虑可调静叶压气机的船舶燃气轮机仿真优化

作为燃气轮机防喘措施之一,压气机可调静叶在变工况下的调节方案对燃机的运行性能具有重要影响。以某型三轴船舶燃气轮机为研究对象,建立了考虑变几何压气机的燃机系统仿真缩放(0维-1维)模型。以提高燃机运行效率为目标,通过系统仿真,得到了各个工况下低压压气机前三级可调静叶的最佳开度及整机稳态性能。仿真结果表明,与原始的可调静叶调节方案相比,采用优化方案可以提高燃机在各个工况下的经济性和稳定性,对燃机总体性能有更加积极的影响。

猫耳气膜孔冷却性能数值模拟

为了研究透平静叶不同位置处猫耳气膜孔的冷却性能,对7种猫耳气膜孔结构在吹风比为0.5、1.0、1.5和2.0时的冷却效率曲线进行分析。结果表明:前向角大小是影响猫耳气膜孔冷却性能的关键参数;随着吹风比的增大,静叶压力面靠近前缘的气膜孔纵向平均冷却效率有降低趋势;提高前向角起始位置会使下游中心线附近冷却效率增大,但纵向平均气膜冷却效率较低。

基于ADAMS的静叶联调机构参数化设计

针对压气机静子叶片调节机构空间运动关系复杂、设计难度大的问题,提出了1种以3维参数化仿真为核心,进行压气机静叶联调机构方案设计的方法。基于ADAMS平台建立调节机构的简易模型,利用软件参数化分析模块研究了模型中决定机构性能的关键设计变量的确定方法;在此基础上,以某型压气机调节机构为例,利用参数化方法进行了该机构的方案设计。结果表明:在方案设计阶段,参数化分析方法可快速、有效地进行调节机构结构参数选取与优化,使模型的运动/动力学仿真结果满足设计要求。

改进定子曲线对高压子母叶片泵特性的影响

为了改善高压子母叶片泵特性,使用极径沿转角线性变化的等速曲线代替早期双作用高压子母叶片泵定子曲线的大圆弧段,从叶片泵工作油腔油液预升压、泵的流量和叶片受力等方面展开研究。结果发现,当等速曲线的起点与终点极径差值为0.1 mm时,泵的工作油腔油液预升压力在转子从过渡区线起始点转过2°后,压力变化幅度变小;对泵的流量特性影响很小,仅减小10-4 m3/s;叶片受到的径向接触反力减小160 N,可以有效减小叶片的磨损、降低泵的噪声。

NF-6风洞马赫数控制系统研制

NF 6风洞是我国唯一一座增压连续式跨声速翼型风洞,为了提高实验雷诺数,在设计上还具有喷氮降温的功能。笔者介绍了NF 6风洞马赫数控制系统的组成、特点及运行方式,对转速控制子系统、压缩机静叶角控制子系统、二喉道栅指控制子系统等进行了较为详细的介绍。

核主泵内部流动干涉的瞬态效应研究

为了揭示核主泵叶轮和导叶的流动干涉效应,采用相似换算法和多参数匹配法,基于RNG k-ε湍流模型与块结构化网格,对缩比系数为0.5的模型泵进行非定常数值模拟。结果表明:扬程脉动幅值与运行工况有关,额定工况时扬程脉动的幅值最小,偏离最优工况时,扬程脉动幅值逐渐增大。导叶内部流道产生不稳定的流量脉动效应,大于0.8Qd工况时,导叶内流量脉动瞬态效应不明显;小于0.8Qd工况时,导叶内流量脉动趋于不稳定。考虑到机组的水力稳定性,运行工况应大于0.8Qd。动静干涉使导叶内静压分布呈现周期性脉动,导叶压力面平均脉动幅值最大,吸力面平均脉动幅值最小,压力脉动的周期与叶轮叶片数有关;导叶内静压分布与叶轮尾缘和导叶前缘相对位置有关,叶轮尾缘对导叶入口流动的阻塞效应,是诱发导叶内静压脉动的主要原因。

任意缸体旋叶式压缩机的叶片型线设计理论研究及应用

与缸体内壁相接触的叶片头部形状是旋叶式压缩机设计的关键之一。应用微分几何理论,研究出与各设计基本参数紧密相关、与缸体型线相匹配的叶片型线设计方法,从理论上保证旋叶式压缩机的运行可靠性,为实现高效压缩的旋叶式压缩机设计提供计算依据,拓宽设计理论。计算机仿真与试验表明,由设计理论获得的叶片具有很好的啮合特性,完全消除了'尖点滑移'和局部磨损现象,具有均匀相对滑动;型线的形状保证叶片头部与缸体内壁的运行可靠性;叶片头部具有最简单的型线形状,易于机械加工制造;与主型线光滑连接的前、后过渡修正圆弧,使叶片与缸体内壁啮合时,不成刀刃状,且利于形成油膜,改进润滑状况,同时降低缸体、转子及转子叶片和叶片槽的加工和装配精度要求。

ADAMS参数化分析在高压压气机调节机构设计中的初步应用

将ADAMS参数化分析方法应用于高压压气机调节机构方案设计中,建立了简易的机构模型,分析了机构几何参数对机构运动/动力学的影响,并对不同优化目标的多个参数进行了优化分析。结果表明,虽然与调节机构虚拟样机的仿真结果有所差异,但在方案设计阶段,参数化分析方法可快速、有效地进行调节机构结构参数优化,所建模型的运动/动力学仿真结果满足设计要求。

几种摇臂与联动环连接结构对比分析

基于机构学的相关理论,应用虚拟样机技术对几种可调静子叶片调节机构系统中的摇臂与联动环的连接结构进行运动学和动力学的仿真分析;并以运动学和动力学仿真分析结果为依据,综合考虑多方面因素,对比分析了几种结构的特点。分析结果可为摇臂与联动环连接结构的选择提供参考和建议。

基于CATIA和ADAMS的单级可调静子叶片系统仿真分析

以单级可调静子叶片系统为研究对象,运用虚拟样机技术在CATIA中建立单级可调静子叶片系统的三维实体模型,然后将其导入到ADAMS中进行运动学和动力学仿真,并分析仿真结果,验证了机构设计的正确性。与用其他CAD软件建模相比,在CATIA中建模能够自动将装配体中的约束转换为分析模型中的运动副或约束,大大方便了仿真设计,提高了设计效率。