基于多模型级联的VSV调节机构装配智能检错方法

在航空发动机可调静子叶片(Variable stator vane,VSV)调节机构的装配过程中,目前仍需要人工检测其连杆防松钢丝的装配正确性,效率低且易出错。为替代人工检错,提出了一种基于多模型级联的智能检错方法。该方法是多个卷积神经网络级联的模型集成,其中包含检测模块、分类模块以及后处理比对检错3个部分。首先在检测模块上提出混合不同尺寸卷积核的深度可分离卷积与轻量化解耦头来对YOLOv5s进行改进,改进的YOLOv5s在测试集上的平均精度达到97.9%,相较于YOLOv5s、YOLOv8s分别提升了3.4%、1.5%。其次在分类模块上使用7×7深度卷积替代全局平均池化以改进ConvNeXt分类头,改进后性能得到提升,在连杆数据集和螺纹数据集上的准确率分别达到97.5%和95.4%。最后在后处理模块对两个分类模型的结果进行匹配,得出装配检测结果。利用现场装配车间采集的图片数据集对该智能检错方法进行验证,结果显示该方法平均精度达到92.7%,进一步验证了智能装配检错方法的可靠性。

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。

可调静叶角度精度对多级压气机气动性能的影响

为了获得可调静叶的角度精度对多级压气机的气动性影响情况,对某11级高压压气机的S1、R2和S2共三排叶片开展了全三维数值模拟研究,通过调整S1静叶开、关角度值分析可调静叶角度偏差的量化影响。研究结果表明:可调静叶调节精度越高,则压气机越匹配设计点工况,气动性能则越好;可调静叶角度精度为±1°时对压气机的效率影响不大;但可调静叶角度精度在关闭3°时,效率损失最大达0.31%,静叶根部压力面流动分离明显增大。

VSV机构柔性摇臂疲劳调节精度特性试验研究

可调静子叶片(Variable Stator Vane,VSV)机构可显著改善发动机气动性能与喘振裕度。考虑VSV机构受到的气动扭矩和轴向载荷以及机匣内侧温度热载荷等实际条件影响,文章将VSV机构柔性摇臂作为研究对象,设计搭建了VSV机构柔性摇臂运动疲劳精度特性试验台,详细开展了不同循环运动次数下的机构疲劳运动特性试验,并对调节角度精度等变化规律进行分析。结果表明:在该五级联调机构中,各级叶片角度均值随行程的增加而增大,并在往返行程中存在滞回现象;S4级角度级差相对最大,峰值数值约为0.9°,各级角度级差均符合预期设计要求。叶片角度偏差在部分循环下发生小范围波动变化。

车载滑片式压缩机数值建模及其性能研究

由于对滑片式压缩机几何优化的研究有限,大多数受几何结构影响的流动和泄漏机制尚未完全揭示。为此提出一种新型车载滑片式压缩机,其设有密封减震垫片以减小磨损摩擦,进、排气口采用异面布置且进气口端面为月牙形结构,以改善腔内流动。结合动网格技术,选取RNG κ-ε湍流模型,采用Pumplinx对滑动叶片数量、叶片尖端间隙高度进行数值研究,并搭建压缩机试验台架进行试验验证。结果表明:随着滑片数量的增多,出口温度和定转子啮合间隙泄漏减小,质量流量增加;定转子啮合间隙高度从0.01 mm增大到0.05 mm时,质量流量和容积效率分别降低了11.46%和6.69%,而排气温度增加了45.8 K,间隙泄漏量增大了1.13倍。

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。

航空涡扇发动机偏流板前扩稳控制技术

为提升航空涡扇发动机舰面偏流板前起飞时的气动稳定性,提出利用压气机进口温度和总增压比2种方法识别发动机进口温升,进而调节压气机可调叶片角度,以提高舰面起飞时发动机稳定裕度。此外,为改善偏流板前进气畸变环境,提出在主机状态不变前提下直接减小加力供油量,以降低发动机出口排气温度,实现发动机舰面起飞前主动扩稳,仿真结果表明,提出的措施有效可行,可为舰载战斗机发动机舰面起飞扩稳控制提供参考。

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。

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。

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。

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。

弯曲叶片静子对核心机驱动风扇级的影响研究

针对核心机驱动风扇级气动设计问题,采用定常数值模拟方法,对某核心机驱动风扇级进行建模,分别采用直叶片静子和弯曲叶片静子在级环境中进行三维仿真,对比分析了单外涵模式和双外涵模式下分别采用直叶片静子和弯曲叶片静子的气动参数和流场,并揭示了不同模式下静子的气动参数特点,结果表明,正弯曲叶片适用于核心机驱动风扇级,其能够改变静子载荷的径向分布,削弱根部的气流分离,减少了气动损失,提高了效率,且对两种工作模式均有效;单外涵模式静子宜采用偏负攻角设计。

旋转离心叶轮与叶片扩压器间耦合流动的数值分析

以离心压气机内部动静部件耦合的非定常流场为研究对象，本文提出了动静耦合统一正命题型式，采用κ－ε紊流模型、同步计算动静耦合流场的方法，分别对下同流量工况下离心叶轮与叶片扩压器内部非定常流动进行了数值计算。计算结果与激光多普勒测量结果进行了比较：在设计工况下，离心叶轮与叶片扩压器相互匹配较好，而在非设计工况下，流道内流动趋向恶化。说明计算结果是有一定的可信度；计算结果同时说明，只有采用非定常算法，才有可能较好地描述动静部件耦合的流场。