航空用空气涡轮起动机涡轮动力学特性分析

涡轮作为空气涡轮起动机的最核心组件,其动力学特性影响整个起动机。通过有限元商用软件建立空气涡轮起动机整机有限元模型。减速系统中的双联齿轮部件被等效简化为两个质点间的弹簧连接,弹簧的刚度等于通过威伯-班纳斯切克模型计算得到的齿轮啮合刚度。基于起动机模型进行涡轮临界转速计算和不平衡响应分析,得知该型空气涡轮起动机在加速阶段会经历涡轮两阶临界转速,并确定实际不平衡量激励下的响应大小,为涡轮优化设计以及振动控制提供技术依据。

空气涡轮起动机异常振动诊断的STFT分析

采用短时傅里叶变换分析方法,对某型空气涡轮起动机在交付前试验流程的起动过程振动响应进行非平稳特征分析,有效识别振动幅值偏大,判定异常振动,避免其交付后出现振动故障。通过对比空气涡轮起动机起动过程的正常状态与振动异常状态的短时傅里叶时频谱分析,获得异常振动的时频谱特征,对导致异常的零部件和装配因素进行了分析。结果表明:将短时傅里叶变换应用于空气涡轮起动机起动过程的振动信号分析能够对振动的非平稳特征进行有效识别。

高压液压能源系统热特性及热控制仿真分析

高压液压技术是未来飞机液压系统的主要发展趋势,由于损耗功率增加,系统温度变化将更加剧烈并影响飞行安全,因此,高压液压系统的热特性与热控制技术是未来飞机液压系统设计需要考虑的一个重要因素。以某高压液压能源系统为例,对液压能源系统的主要液压元件进行生热和散热机理分析。利用AMESim软件开展液压系统温度特性分析,权衡系统是否需要热交换器。结果表明:热交换器有效降低系统油液温度至安全温度内;同时,得到燃油-液压油热交换器位于不同位置、系统在不同飞行阶段下不同环境温度、机翼处管路引入冷气流等工况下温度变化趋势,为飞机高压液压能源系统热设计提供参考。

典型工况下飞机液压系统温度特性仿真分析

液压系统温度特性一直是飞机液压系统设计需要考虑的重要因素之一,液压系统油液温度过高或过低都会有诸多不良影响。在工程实际中飞机液压元件的很多详细设备参数未知,从工程应用的角度出发,以某型飞机液压系统为例,从系统级温度分析的角度对飞机液压系统的生热和散热特性进行适当简化,在此基础上基于AMESim软件平台进行飞机液压系统元件到系统的温度特性建模和仿真分析,得到多种典型工况下液压系统关键点温度变化趋势,为飞机液压系统温度计算分析提供参考。

机电伺服系统积分鲁棒自适应控制

机电伺服系统由于干净、噪音小、维护方便一直受到航空业的关注。机电伺服系统是典型的非线性系统,且存在参数不确定性以及未建模干扰,而机电伺服系统特点是控制精度、稳定性和响应速度要求高,针对以上特点,设计了一种融合新型参数自适应律与误差符号积分鲁棒(RISE)反馈的积分鲁棒自适应控制策略。提出基于参数估计误差的自适应律用于处理系统参数不确定性,加速参数的收敛,而余下的参数不确定性及未建模干扰被RISE鲁棒控制律进一步抑制,从而保证系统获得期望的跟踪精度。基于李雅普诺夫稳定性理论证明设计的积分鲁棒自适应控制器可以使系统得到渐进稳定的结果。仿真结果表明,所提出的控制策略能够有效抑制参数不确定性以及未建模干扰对伺服系统的不利影响,具有良好的参数自适应和抗干扰能力,同时机电伺服系统的跟踪精度得到显著提高。

航空用空气涡轮起动机典型故障诊断分析

通过收集科研与生产一线大量的样本数据,统计并归纳出空气涡轮起动机在使用中的几种常见故障现象,针对输出轴断裂、涡轮失稳碰擦和内部异常磨损这3种典型故障原因,剖析其形成机理和危害,采用故障树分析法开展定性分析和研究,为后续建立故障诊断系统积累样本。

室内毫米波信道路径功率测量建模研究

毫米波通信因其可以提供更高的传输速率和系统容量受到了广泛关注。针对毫米波信道的频域非平稳性,提出了具有连续频率响应的毫米波信道模型。利用射线跟踪和实测数据相结合的方法实现路径功率参数估计,采用频域信道测量方法对不同频率下的视距和非视距路径功率进行实测分析。实测和仿真结果表明,结合实测数据的路径功率模型与实测值基本吻合,验证了所提模型的有效性。

基于耗氧惰化技术的飞机燃油箱热模型

温度是燃油箱耗氧惰化系统适航符合性验证过程中重要指标。基于MATLAB Simulink软件,建立了飞机燃油箱耗氧型惰化系统油箱部件的传质传热模型,并验证其可靠性。在此基础上,分析了惰化系统抽气流量和出口温度对飞机燃油箱气相空间节点温度和燃油节点温度的影响。结果表明:所建立的飞机燃油箱传质传热模型具有较高的可靠性;随着惰化系统抽气流量的增加和惰化系统出口温度的升高,气相空间节点温度随之升高但对燃油节点温度影响不明显。

可变阻力特征对锥套拖曳位置的影响

为了突破传统空中加油稳定伞对于加油机飞行速度和高度的限制,业内提出了可变阻力特征稳定伞的概念。本文分析了阻力特征变化对于加油锥套拖曳位置的影响,对一类可变伞撑角的变阻力特征稳定伞进行CFD数值模拟,得到了不同伞撑角下稳定伞的阻力随速度和高度的变化趋势。对加油软管进行离散建模,计算了软管拖曳形状。结果表明,通过改变伞撑角可以有效调节稳定伞的阻力特征,控制锥套的下沉量,验证了可变阻力特征稳定伞的可行性,拓宽了传统稳定伞适用的速度和高度范围。

耗氧型惰化系统反应器性能理论

为了研究耗氧型燃油惰化系统中反应器的工作特性,在Fluent 17.0软件多孔介质模型基础上以用户自定义变量(UDS)形式添加固相能量方程来建立气-固两相耦合传热的两温度反应器模型,以大庆RP-3燃油为对象并通过实验测试了其反应动力学方程,然后以用户自定义函数(UDF)源项的形式添加化学反应,对反应器进行了仿真。研究了不同工况对反应器惰化效率的影响,以及反应器在惰化过程中的内部温度及RP-3浓度变化特性。结果显示:反应物浓度对转化率的影响与氧浓度饱和值有关系,在没有额外冷却的情况下反应器会飞温,化学反应主要发生在反应器的后半段,且靠近反应器轴线处。因此在未来设计反应器时,应当考虑额外冷却措施以防止飞温,使催化床温度均匀分布来提高反应器工作效率。

机载中空纤维膜组件壳程气体流动数值模拟

机载惰化用中空纤维膜组件具有分离效率高、安全稳定、结构紧凑等优点,是目前较为经济高效的飞机燃油箱惰化设备。采用计算流体力学(CFD)方法对某中空纤维膜组件壳程气体流动进行数值模拟,通过更改膜丝束间距、膜丝束入口速度、膜丝束流量、膜丝束排布方式及飞行高度,得到了不同工况下的组件轴向各截面的气体流动分布,并提出无量纲参数截面平均速度比来描述气体流动分布规律。仿真结果表明:在保持入口气体流动速度一定时,平均速度比值随着膜丝束间距的减小先减小后增大,在膜丝束间距为1.5倍膜丝半径时达到最小值,在保持入口流量一定时,壳程气体流动有着相同的规律;在保持膜丝束填充数量不变时,均匀排布比不均匀排布的平均速度比值更小;保持膜丝束间距不变时,入口速度对平均速度比值影响不大;飞行高度对组件壳程气体分布的影响作用主要体现在膜组件内壁处。

空气涡轮起动机传扭轴断裂故障分析

针对某型航空发动机在起动过程中空气涡轮起动机传扭轴断裂问题,结合宏观检测和断口金相分析,对发动机附件机匣和起动机中潜在的不安全因素开展排查工作,绘制详细故障树,得出了进气压力超调、起动系统传动链齿侧间隙和发动机转动惯量的随机性综合作用,引起瞬时冲击转矩超大,是导致此次传扭轴断裂故障的主要原因。

不同温控模式下直升机惰化系统性能对比

以某直升机机载中空纤维膜惰化系统为研究对象,设计了电控阀控温和变频风扇控温2种系统。基于AMESim平台以分离膜数学模型计算数据为基础,搭建机载惰化系统,在飞行包线下,研究了2种温控模式的控温效果、不同飞行阶段的惰化系统性能变化及关键参数对其影响。计算结果表明:电控阀控温系统在整个飞行过程均能将引气温度维持在目标温度90℃,在起飞之后富氮气体(NEA)氮体积分数全程维持在91.5%~96.4%之间,所需引气流量为40~243 kg/h,空载燃油箱气相空间氧体积分数可在180 s内降至9%,且保持全程低于9%;变频风扇控温系统在满足爬升、加速、俯冲高温阶段控温惰化要求的选型前提下,在低速、高速巡航阶段,引气被过度冷却至0℃左右,虽然所需引气流量低至26 kg/h,但NEA氮体积分数大幅下降至81%,燃油箱气相空间氧体积分数高达18%,在巡航阶段,飞行速度越大,引气温降越大,且巡航高度越低,为满足控温效果所需的最低巡航速度越低。

飞机燃油箱机载惰化技术研究现状与发展趋势

为了有效减少飞机燃油箱燃爆风险,以机载惰化技术为重点,介绍了燃油可燃性和氧体积分数指标确定的方法,根据燃爆极限可将民机的安全氧体积分数定为12%,军机则采用直接用燃烧弹打击油箱测定最大压力的方式将其定为9%,分析了气体在燃油中平衡和非平衡溶解的差异,并给出了相应的计算方法,对中空纤维膜惰化技术中分离膜特性、惰化气体分配方式及仿真方法进行了介绍,分析了机载惰化技术未来的发展趋势。结果表明:目前国内机载惰化技术已经成为主流的惰化技术,但针对国产燃油可燃性的研究十分匮乏,未来可以对此展开进一步研究,并且可对冷却惰化、绿色惰化和吸附惰化等技术加大研究力度,有望拥有自主的知识产权。

飞机油箱中燃油温度变化数值仿真

在考虑飞行中外界空气对蒙皮气动加热的情况下,对飞机油箱内部燃油和气体的传热过程进行了三维仿真,得到了油箱中温度场和速度场的分布,采用集总参数法建立了飞机油箱一维热模型,通过Modelica语言编程对其进行了求解。将三维模型和一维模型计算得到的燃油、气相空间及壁面温度与飞行实验数据进行了对比,结果显示两种模型气相和燃油平均温度均与布置在油箱中部的传感器测量结果吻合较好,但是三维仿真结果表明油箱各处温度差异很大,燃油各点温差最大可达17 K,气相空间各点温差最大可达30 K。因此实验中传感器位置需要重点关注。此外,三维仿真模型还可为一维模型中相关换热参数选择提供依据。

冠齿脉冲射流冲击平直靶板对流换热实验

采用红外热像测试技术对占空比(DC)恒定为0.5的冠齿脉冲射流冲击平直靶面,在不同雷诺数(5000~20000)、无量纲冲击间距(2~8)和工作频率(10~25 Hz)下进行了对流换热实验研究。结果表明:在小射流冲击间距下,冠齿脉冲射流冲击局部努塞尔数云图在射流驻点附近呈现较为明显波瓣状分布;冠齿喷管在脉冲射流冲击中依然体现出强化对流换热的作用机制,雷诺数和工作频率分别为10000和15 Hz工况下,射流冲击驻点附近的表面传热系数相对圆形脉冲射流提高幅度在20%~30%之间;在冠齿脉冲射流中,脉冲主动激励和冠齿被动诱导激励之间存在着内在的相干机制,导致其对流换热特性与冠齿连续射流和圆形脉冲射流有较大的差异。

振动环境下喷雾冷却的临界热流密度模型

针对振动环境对喷雾冷却临界热流密度(CHF)的影响问题,基于静止环境喷雾冷却CHF模型,定义并引入内切偏离因子,建立振动环境下喷雾冷却CHF点基模型,对比3种不同工作模式的影响。结果表明:工作模式1周期平均CHF相对其他两种模式分别提高0.98%和1.17%。该模式下,周期内CHF的变化呈现双峰结构,且后半周期最低热流密度高于前半周期最低热流密度,周期内最小CHF较最大CHF下降3.02%。振动幅度越大,CHF下降越大,1.0mm振幅相对0.2mm振幅条件下的周期平均CHF下降1.74%。分析喷雾锥角的影响,55.8°、90°全位角喷雾锥角相对30°喷雾锥角,平均CHF分别下降4.83%及16.21%。大锥角下,后半周期的峰谷值相较周期内最大CHF下降减小。喷雾锥角小的喷嘴能够减小表面振动对喷雾冷却临界热流密度的恶化。

耗氧型惰化反应器起燃特性

通过CFD方法建立了一个耦合化学反应的多孔介质二维拟均相反应器模型,研究了耗氧型惰化系统在不同工况下反应器的操作范围及工作性能。以RP-3燃油为研究对象,采用Fluent 17.0软件的多孔介质单温度模型,通过UDS(User Defined Scalar)添加固相能量方程,采用源项形式添加化学反应热到固相能量方程。研究了不同参数对反应器起燃过程的影响,并给出了起燃过程内反应器催化床温度的变化过程。结果显示:反应器起燃过程中,催化床温度十分不均匀;RP-3摩尔分数的增加可大幅度缩短起燃时间,并且可降低起燃温度;存在一个适宜的气体速度使得反应器能够快速起燃。

集成弹流润滑理论及CFD方法的轴承热特性

为能准确预测传动系统内部角接触球轴承在喷油润滑方式下的热特性,通过建立轴承热弹流润滑(EHL)模型,获得球体与滚道微观接触界面间的载荷及摩擦因数,并采用局部生热法计算生热量;应用计算流体动力学(CFD)方法建立轴承油气两相热流耦合模型,研究湍流模型及流体域边界条件的设置,分析喷油速度、喷嘴位置及含气率对轴承内部传热性能的影响。结果表明:结合热弹流润滑理论及CFD方法可预测轴承在不同工况条件、润滑参数、几何参数下的最佳喷油速度、喷嘴位置及含气率;喷油速度为5 m/s时,轴承内部最高温度较其他喷油速度降低了4.40%;喷嘴位置在轴承下方时,轴承内部最高温度较其他位置降低了4.30%;含气率为15%时,轴承内部最高温度较其他含气率降低了1.57%。

一种空中加油可变阻尼稳定伞设计及性能分析

为了突破传统空中加油稳定伞对于加油机飞行速度和高度的限制,设计了一种加装气动弹性支架的可变阻尼稳定伞。通过流固耦合(FSI)数值模拟,得到不同工况下的片状弹簧变形与稳定伞伞面形状,通过计算流体动力学(CFD)得到稳定伞气动力的变化趋势。根据气动力结果计算软管的拖拽形状及锥套下沉量。仿真结果表明:所设计的可变阻尼稳定伞的阻力变化量和锥套在空中位置变化范围分别降至传统稳定伞的70%和60%,能够实现阻力的自适应控制,拓宽了传统结构稳定伞适用的速度、高度范围。