基于MATLAB的民航发动机涡轮叶片寿命建模

针对民航飞机维修工作中发动机涡轮叶片普遍存在故障率较高的问题,收集某型民用航空发动机涡轮叶片的可靠性数据,并运用三参数Weibull分布建立该型发动机涡轮叶片的可靠性寿命模型。在模型求解的数值计算过程中,为保证模型的计算精度,采用经典的牛顿迭代法及三参数相关系数优化法对涡轮叶片的寿命数据进行拟合分析及计算;同时为减少计算工作量及提高数值计算过程中人工智能的参与度,基于MATLAB软件对上述数值计算方法编写计算程序,最后对计算结果进行K-S假设检验。结果表明:对涡轮叶片寿命数据进行可靠性分析时,运用Weibull分布建立的数学模型符合客观规律;同时牛顿迭代法、三参数相关系数优化法及MATLAB计算程序的有效利用,保证了计算结果的精度。

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。

涡轮叶片裂纹方位角的三维叶尖间隙动态响应特性研究

针对叶尖定时故障诊断方法在检测叶片裂纹时仅关注一维信息、提取故障特征有限的不足,利用叶尖间隙具有三维特征的特点,提出了航空发动机涡轮叶-盘-轴耦合系统的三维叶尖间隙(3D-BTC)有限元模型。以该模型为基础,分析了航空发动机涡轮叶片裂纹方位角对三维叶尖间隙的影响规律。首先,建立了航空发动机涡轮叶-盘-轴耦合系统有限元模型;其次,在叶片尾缘处引入贯穿裂纹,通过瞬态动力学分析计算了在不同横滚角、俯仰角裂纹作用下叶片的变形;最后,采用三维叶尖间隙计算方法获取了叶片三维叶尖间隙时域波形及频谱,研究了航空发动机涡轮叶片裂纹方位角的三维叶尖间隙动态响应特性。计算结果表明:裂纹的出现会降低叶片刚度,从而影响叶片的三维叶尖间隙;叶片三维叶尖间隙随裂纹横滚角的增大而减小,随裂纹俯仰角的增大先减小后增大;随着裂纹两类方位角变化,不同测点位置的叶尖径向间隙基本谐波分量峰值变化率的差值最大为6.1%,周向滑移角和轴向偏转角基本谐波分量峰值变化率的差值小于0.12%,可见综合三维叶尖间隙能够更准确地反映裂纹信息。

改进型三斜叶-Rushton组合桨槽内流场特性的粒子图像测速技术

通过粒子图像测速技术(PIV)对装配三斜叶-Rushton组合桨搅拌槽内流场进行了实验研究,在甘油-水溶液中研究了该组合桨在不同转速N、离底距C_(1)以及桨叶间距C_(2)时的槽内流场变化情况。研究结果表明:当转速N=100 r·min^(-1)时,上桨叶区的混合效果有所改善,桨叶间速度分布相对均匀;当离底距C_(1)=0.3H时,上桨叶区低速区域最小,搅拌槽内的混合效果达到最佳;当桨间距C_(2)=0.25H时,上桨叶区的低速区得到改善,混合效果有所提升,两桨叶间速度分布趋于平稳有利于混合和传质。

矩阵模式下高速检测汽轮机叶片

针对汽轮机叶片的结构特点,设计了一种快速、精确的装夹装置,并采用矩阵测量方案,在三坐标测量机检测汽轮机叶片复杂曲面时不仅保证了检测的稳定和精度,也实现了高速、高效检测。

基于电化学圆周3D打印的切割片制备基础研究

[目的]制备超薄金刚石切割片的常规侧面沉积工艺存在两侧不一致而引起切割受力不对称、导致加工缺陷等问题。为此,提出了一种基于电化学圆周3D打印的新技术,探索圆环超薄片沿圆周生长的可能性,从基础上先研究以圆周径向逐圈生长的方式制备环形镍薄片的方法。[方法]在自主设计制造的电化学圆周3D打印实验平台上,探索在旋转状态下环形镍薄片的成形机制。先建立等比二维仿真模型,采用COMSOL Multiphysics有限元仿真软件进行仿真,研究不同电沉积参数对沉积层轮廓及电解质电流密度分布的影响。然后通过单因素实验,研究了加工电流和阴极旋转速率对镍薄片沉积形貌及其均匀性的影响。[结果]在45钢基体直径50mm、极间距1.5mm的情况下,当加工电流为0.10~0.15A,阴极旋转速率为1.0~1.5 r/s时,可以获得均匀性较好的镍金属薄片。[结论]本研究为以电化学圆周3D打印方式制备精密切割片打下了基础。

风机叶片运输专用装置的结构设计

风机叶片运输车是将风电设备运输到风电场的大件运输车辆,而风机叶片具有超长、超重等特点,对道路要求高,造成运输困难,因此需要一种具有良好通过性和安全性的风机叶片运输车。根据风机叶片运输车设计方案,对低平板模块、动力鹅颈模块和风机叶片运输专用装置进行了详细结构设计,在此基础上建立了风机叶片运输车三维模型。

基于压气机三维彻体力模型的叶尖射流扩稳方法

为了分析转子叶尖射流对多级轴流压气机的扩稳作用,研究了轴流式压气机三维黏性彻体力模型,通过对ANSYS CFX软件的二次开发,求解带动量源项和能量源项的N-S(Navier-Stokes)方程,实现无叶片条件下的压气机全通道数值模拟。基于模型计算的Stage 35单级压气机压比特性与实验值误差不大于0.8%,失稳点流量比实验值大1.2%,对端壁边界层流动能够准确模拟。基于模型计算了无射流和有射流条件下的多级压气机特性和失稳边界,并分析了叶尖射流扩稳机理。结果表明,模型能够模拟叶尖射流对多级压气机的扩稳作用,在100%设计转速下,设计点流量的4.6%的射流流量使稳定裕度增加了7.06%,射流能够消除叶尖区域的堵塞流动,从而扩大了压气机的稳定工作裕度。

54 mm涡轮钻具三维叶片造型设计与研究

针对涡轮转子不同半径圆柱层液体圆周速度不同,导致的液体与转子叶片产生冲击产生的水力损失问题,利用多截面造型方法建立了一种三维叶片涡轮。基于实际工况中从第二级涡轮开始,定子入口的流速是上一级涡轮转子出口流速,速度方向并不垂直于定子入口面这一情况,对现有的涡轮流道模型进行修正,建立了多级流道模型。通过数值模拟方法,对多级涡轮流道模型进行流场分析,得到中间一级涡轮的相关性能参数的特性曲线。研究结果表明:三维叶片涡轮压降更低,单幅涡轮压降减少约为12%;在最佳工况点处,三维叶片涡轮效率达到了60.25%,比直叶片涡轮高出约10%。考虑径向间隙对涡轮性能的影响,建立了相对应的流道模型,验证了方案的可行性。研究结果对涡轮叶片的设计和多级涡轮流场分析具有一定的指导意义。

多级轴流压气机末级串列静子三维优化设计与分析

为充分挖掘串列叶片对压气机扩稳增效的潜能,在对多级轴流压气机末级静子串列改型的基础上,选取不同叶高处前后排叶片相对位置、负载分配、弯掠特征及端壁轮廓等25个参数为设计变量,开展某工业用6.5级轴流压气机末级串列静子叶片与端壁的一体化优化设计研究,并采用随机森林方法对串列叶片几何参数进行特征重要性分析,提炼出串列参数设计指导。结果表明:优化后压气机末级在设计工况、近喘工况和近堵工况下的绝热效率分别提升4.81%、3.37%和8.195%;对于末级串列静子,最优串列参数随叶高变化而变化;调整前后叶片的弦长比与弯角比以实现串列叶片负荷前加载、调整叶片后掠与反弯以降低叶片端壁处负荷、设置叶中部分更大的周向交错度使缝隙区流体充分加速,均能有效降低末级串列叶片流动损失;串列叶片缝隙区尺寸,尤其是周向交错度,较其他参数对串列叶片性能的影响更为显著。研究成果应对压气机三维串列叶片设计具有参考价值。

动叶可调轴流式风机叶片全三维气动优化方法研究

本文以某电厂660MW机组的动叶可调轴流式送风机和引风机为例,重点讨论了深调负荷下,定制化设计风机叶型的方法。根据风机现有运行情况及风机本体特性,确定了风机优化目标,通过五个步骤时风机叶型进行定制化设计并予以实施,性能测试结果说明改造后风机性能可以达到预期的效果,同时改造费用和工程量均为最低。本文对定制化叶型从选型、设计到实施后评估的全过程进行了详细描述。同时对此改造过程中出现的问题进行了分析讨论,也提出了设计定制化叶片需要关注的问题。

空气流量对复合材料叶片振动特性的影响

分别对流体机械内部流场以及引入气动载荷的碳纤维增强复合材料叶片的结构响应进行分析.利用FLUENT软件对复合材料叶片进行三维流场分析,研究不同空气流量对流场内叶片压力以及速度的影响.将流场分析得到的数据导入ANSYS软件,并施加在叶片上,在考虑气动加载情况下,应用模态分析方法对叶片自由振动的固有频率、振型进行分析计算,采用谐响应分析方法研究叶片的振动响应特性.结果表明:空气流量对复合材料叶片的振动特性有一定影响,叶片最大位移响应随进口空气流量的逐渐增大而减小.

风力发电机械中机组叶片小翼三维场数值模拟研究

为使机组叶片具有更好的控制效果,提出一种风力发电机械中机组叶片小翼三维场数值模拟方法。计算风机效率上限,对动能与风能的能量转换,对叶片三维建模,计算扭矩大小,保证在阻力最小的前提下,得到最大的电功率,并对压力修正,实现三维流场控制。实验结果表明,所提方法具有较高的模拟准确性,在控制后叶尖处的线速度有所增大,正负压力面产生的压差有所减小。该方法不仅提高了准确性,还提高了流场控制效果。

采煤机螺旋叶片磨损问题分析研究

针对综采工作面采煤机的滚筒螺旋叶片出现的严重磨损问题,利用ANSYS仿真模拟软件进行分析,发现螺旋叶片尾部出现较为严重的应力集中现象,其主要原因是叶片在装煤过程中尾部出现严重的装煤阻力。针对磨损原因进行螺旋叶片尾部材质更换,可显著提升采煤机的生产效率及使用寿命。

三维效应对大型风力机叶片气动-结构特性影响的数值研究

研究以NREL 5 MW风力机叶片为对象,建立了考虑三维效应的叶片气动-结构数值模型,对比研究了CFD和BEM两种数值模拟方法对复合材料叶片的表面流动、气动载荷特性以及结构变形计算结果的影响。研究结果表明:对于梁帽碳纤维增强的叶片,CFD与BEM气动模型计算得到的载荷集中力大小差异对结构变形的计算结果几乎不产生影响;与传统四分之一弦长气动中心相比,考虑三维效应计算得到的叶片压力中心在距离前缘相对弦长0.30~0.35范围内波动,不同的气动载荷作用位置会对弯扭耦合角位移计算结果产生影响;与传统气动中心相比,以压力中心为载荷作用位置计算得到的角位移曲线峰值点前移,最佳铺层角度减小。因此,建立考虑三维流动效应的叶片气动-结构数值模型,对大型风力机叶片的设计和分析具有重要的指导意义。

叶轮机叶片的三维造型及其对叶片气动负荷的影响

研究叶轮机叶片的弯扭及掠形等因素对叶片气动负荷分布的影响。给出了一个针对叶轮机内部流动的一般的掠角定义。基于线化的小扰动理论，用解析方法对叶片三维造型各因素的位势影响进行了分析，并用三维粘性数值模拟进行了验证和分析。分析结果表明，叶轮机叶片的弯扭和前缘掠形对叶片的负荷分布有重要的调节作用。合理利用三维造型的负荷调整功能可有效地调整负荷沿展向和弦向的分布，为叶型设计提供新的自由度。

三叶片风轮动力学特性的分析

采用试验模态分析的方法分别对三叶片风轮、中心固定整体圆板和中心固定按120°开口的圆板,进行了模态分析,得到了它们的实际模态振型。运用模态计算软件ANSYS对动力学特性一致的三叶片风轮和动力学特性有差异的三叶片风轮进行了定性计算分析。试验结果显示,三叶片风轮的振型和中心固定圆板的振型有一定对应关系,可采用中心固定圆板的振型来研究三叶片风轮的挥舞模态振型。并且使用ANSYS软件和中心固定按120°开口的圆板的振型图,更合理地解释了三叶片风轮的挥舞模态振型。

三叶后掠-HEDT组合桨搅拌釜内流场的模拟及实验

对应用于聚乙烯聚合反应中的三叶后掠-HEDT组合桨的搅拌釜内流场进行了模拟研究,分析组合桨的离底距C1、桨间距C2以及转速N的变化对搅拌釜内流场的影响,利用PIV实验对模拟结果进行了验证;将该组合桨与三叶后掠-六直叶圆盘涡轮组合桨进行了模拟对比研究。结果表明:当桨间距与釜内径的比为0.35时,釜内桨叶间的流体流动效果最好,该条件下能够改善搅拌釜上层流体的速度分布;当离底距与釜内径的比值为0.29时,组合桨下方出现了整体的环流,有利于釜底流体的混合;桨叶转速N=90 r/min时釜内流体速度分布均匀,同时上层HEDT桨叶产生的射流方向趋于水平。两种组合桨的对比研究表明:二者流型相近,但前者搅拌功率能够得到明显降低。研究结果可为三叶后掠-HEDT组合桨在聚乙烯聚合反应釜中的工程应用提供参考。

动网格方法在螺旋桨非定常轴承力数值计算中的应用

为了探究螺旋桨轴承力的非定常变化特性,研究了动网格(DM)方法在螺旋桨非定常轴承力(UBF)数值计算中的适用性问题。首先,通过3套不同质量网格的数值计算比较,进行网格无关性检验,选出合适的计算网格。进一步采用所选网格DM数值模拟,并将结果与滑移网格(SM)方法、势流(PM)方法及试验方法得到的结果进行对比。分析结果显示了DM方法得到的螺旋桨UBF结果与SM方法以及试验的结果吻合较好,且优于PM方法。同时,DM方法与SM方法得到的流场分布也几乎一致。研究表明:DM方法应用于螺旋桨UBF数值计算是可行的。

三维桨尖旋翼桨叶表面压力测量试验

研制了三维桨尖(抛物线后掠下反桨尖)4 m直径模型旋翼,并在旋翼试验台和大型低速风洞中完成了该模型旋翼的气动特性试验。采用了新的桨叶表面压力传感器布埋技术,有效地开展了三维桨尖旋翼桨叶表面非定常压力测量风洞试验。试验结果表明,下反桨尖的压力系数随方位角变化幅值比非下反桨尖的小,桨尖下反可以减弱桨-涡干扰,且随前进比增大,压力系数的峰值也增大。