航空发动机轴承腔内两相流动数值模拟

主轴承腔作为航空发动机润滑系统油气两相流的重要区域,腔内的高温高压及其回油特性对润滑系统的性能都有很大影响。利用VOF数值计算模型对某航空发动机轴承腔简化模型内油气两相流进行数值计算,将两相之间表面张力作为源项添加到动量方程中,并依据实际情况添加壁面黏附模型,计算结果与现有实验数据符合良好。分析几种工作参数下润滑油相界面的差异及其原因,研究腔压及回油油气体积比随转子转速及润滑油流量的变化规律。结果表明:腔内的压力沿周向在出口处附近较低,并且随着转子转速或润滑油流量的增加而增大;回油孔出口处油气体积比随润滑油进口流量增加而增大;当润滑油进口流量一定时转子转速增大不利于回油。

单管火焰筒内燃烧过程的反应动力学数值模拟

为了建立航空煤油替代燃料的反应机理,并对航空发动机燃烧过程进行详细反应动力学研究,选用正癸烷作为航空煤油的替代燃料,建立了该替代燃料的化学反应详细机理与简化机理。分别采用详细机理与简化机理对正癸烷在激波管中的着火过程、在预混燃烧炉内的燃烧过程进行了数值计算,并与实验结果进行了对比分析。同时,耦合该简化机理与CFD计算软件Fluent,对某单管火焰筒内燃烧过程、排放物及活性中间组分的生成规律进行了详细分析,并与采用C12H23为燃料的单步总包反应机理的计算结果进行了对比分析。结果表明,采用简化机理计算得到的着火延迟时间、反应物与各主要生成物摩尔分数的整体变化趋势与实验数据吻合较好;与采用C12H23为燃料的单步反应机理相比,采用正癸烷为替代燃料的简化反应机理能更好地对单管火焰筒的燃烧与排放特性进行详细的动力学分析。

航空发动机润滑油箱油量实时测量方案研究

分析基于数字式油量测量方法的数字式测量系统的组成和测量原理。采用以UG软件为基础的润滑油质量特性计算方法生成姿态-油量-高度数据表,用坐标变换的方法计算不同飞行姿态不同过载下的油液液面角,用三维线性插值的方法计算润滑油量。并利用VOF数值计算模型对不同过载下润滑油箱中的自由液面的运动情况进行模拟。结果表明:利用UG建模生成姿态-高度-油量数据表的方法准确实用,用VOF模型方法追踪连续介质的相界面,对润滑油的运动情况有定性的认识,而且能对数字式测量方法的测量死区进行数值模拟并计算其对应的体积,是对数字式测量的一个补充。

基于蒙特卡罗模拟法的航空发动机装配公差分析

讨论了蒙特卡罗法的基本原理,研究了利用蒙特卡罗模拟法进行装配尺寸链公差分析的实现方法,提出了基于蒙特卡罗模拟法的公差分析流程,并以某型航空发动机高压涡轮的一个径向尺寸链为实例进行了计算。计算结果表明:蒙特卡罗模拟法用于公差分析具有可行性,其精度随着模拟次数的增加而提高,在模拟次数达到200000次以上时,其精度已经较高。蒙特卡罗法作为一种统计分析方法,同时适用于线性和非线性尺寸链。

反向旋转双转子系统动力学特性的有限元分析

近年来,有限元方法在计算转子系统的动力学特性方面得到了很大的发展。利用有限元方法计算了反向旋转双转子系统的动力学特性,分析了反向旋转双转子结构的临界转速特性和主振型特点。研究了中介轴承刚度和转速比对该双转子系统临界转速的影响。通过对结果的分析,得到一系列十分有益的结论,可为反向旋转双转子系统的设计提供一定的参考价值。

柱塞倾角对航空柱塞泵性能的影响分析

通过对柱塞泵中柱塞的运动方程和柱塞泵的瞬时供油量方程进行分析,利用AMEsim工程仿真软件,建立了某型航空发动机柱塞泵的仿真模型,通过仿真分析了柱塞倾角对柱塞行程、柱塞泵的流量脉动和压力脉动的影响,仿真结果表明柱塞倾角是影响泵流量脉动的重要因素,适当增大柱塞倾角,可以增大柱塞的行程,增加泵的供油量,还能够改善柱塞泵流量的脉动。

基于AMEsim的某型航空发动机轴向柱塞泵特性仿真

分析了柱塞泵的工作原理,建立了柱塞泵柱塞的运动方程。在此基础上,利用AMEsim工程仿真软件建立了单个柱塞的仿真模型。根据某型航空发动机上柱塞泵的结构参数设置了仿真参数,分析了分油盘结构对柱塞的影响;并在不同的斜盘角度下,分析了柱塞腔的压力、轴向油压作用力的变化情况;最后,对在不同泄漏间隙条件下的泄漏量进行了分析。本文仿真分析所得结果可为柱塞泵的优化设计提供相关理论依据。

静子叶片内环结构对机匣动力特性的影响

根据某型航空发动机高压压气机的实际结构进行有限元分析,着重地考虑内环结构的计算模型与常规无内环结构计算模型固有频率的差异。通过比较计算结果明显看出内环结构对机匣弯曲刚度具有明显的加强作用,振动模态对应的固有频率明显增高。由此可以断定以往在计算静子系统动力特性时忽略内环结构或是只考虑内环的等效质量是不合理的。采用本文提出的考虑叶片内环的计算模型才能获得正确的机匣动力特性。

航空发动机燃油泵试验台入口油温控制

航空发动机燃油泵试验台入口油温控制系统是一种非线性、时滞系统,难以建立数学模型,常规的PID控制方法不能实现精确的控制。提出采用改进的单神经元自适应PID控制方法实现对入口油温的控制。该控制方法结合了神经网络和PID控制的优点。仿真结果表明,所采用的单神经元自适应PID控制与常规PID控制相比,具有更好的控制品质。

航空发动机轴承腔内油气两相分布数值计算

主轴承腔是航空发动机润滑系统油气两相流的重要区域,了解滑油及密封空气在腔内的分布预测对于认知腔内两相流动具有重要的意义。利用VOF数值计算模型对某航空发动机轴承腔简化模型内油气两相流进行了数值计算,定义无量纲数β+用来分析腔内两相分布。计算结果与现有实验数据符合良好。给出了滑油在腔内的相界面分布,描述了腔内的油膜分布及运动,并且分析了无量纲数β+在腔内周向分布及出口处随着转速及滑油进口流量的变化规律。

气液交叉射流动力学行为的基础研究

为了模拟燃油在高速喷嘴内的快速蒸发混合过程,基于Eulerian-Eulerian方法,用RNGk-ε湍流模型建立了高速喷嘴内两相流流动的数学模型,数值模拟了高速喷嘴内气液两相交叉射流的流动规律。改变气液动量比和韦伯数等条件下的两相流场计算结果表明:动量比增大3倍时横向穿透深度略有增大;而较大的韦伯数能起到强化横向射流的破碎效果。计算结果与同条件下的试验结果相符合。结果为研究HiTAC快速速喷嘴内可燃混合气的快速形成奠定了基础。

航空发动机涡轮转子叶片-盘耦合共振特性分析

首先使用UG软件对某型航空发动机涡轮转子单个叶片和叶片-轮盘进行三维实体建模;然后应用有限元ANSYS软件计算不同边界条件下单个叶片和叶片-轮盘在典型转速下的固有频率及振动特性;最后根据计算结果绘制Campbell图,并进行频率裕度和共振特性分析。

航空发动机燃烧室模型热声耦合研究

航空发动机燃烧室为了降低的排放,采用较长结构的燃烧室,这种燃烧室虽然降低了的排放,同时使燃烧室产生了燃烧噪声。长时间高声级的压力脉动引起结构振动与疲劳,影响燃烧室的使用寿命,同时声压力对燃烧产生影响,造成燃烧不稳定。研究航空发动机燃烧室模型热声耦合现象,介绍模型建立依据,通过FLUENT对燃烧产生的温度场和声压力场分析燃烧室热声耦合关系。分析结果对研究设备热声耦合有借鉴性。分析结果可应用于实际航空发动机燃烧室和地面燃气轮机中。

航空发动机燃烧室模型热-声-固耦合试验装置设计研究

如何解决空气污染在全球已成为十分重要的研究课题。在燃气发动机的化学燃烧过程中,产生的污染物主要成分为氮氧化物或者是NOx。为了减少污染物排放,采用预混燃烧,虽然减少NOx的排放,但是也增加燃烧室声压水平。长时间的声压力疲劳使结构振动,导致燃烧室的疲劳变形。本文主要研究试验模型的设计,分别介绍了模型的整体设计思想、各部分的设计尺寸、试验数据的测量,测量结果将对模型有限元分析起到一定的对比作用,同时对于实际燃烧室的热声固分析有一定帮助。

离心喷嘴内部流动与液膜初级破碎的耦合模拟

为了更准确地预测喷射特性,揭示喷嘴结构对雾化过程的影响,采用VOF多相流模型和大涡模拟湍流模型对航空发动机离心喷嘴内部流动和液膜破碎过程进行了耦合的CFD模拟,捕获了清晰的气液相界面以及油膜的不稳定波和初级破碎现象.模拟结果表明:供油流量增大时油膜的破碎形态由波浪式破碎和轮缘破碎变成穿孔式破碎,这主要是由于喷嘴结构造成的周向扰动对液膜破碎过程产生了较大影响、使液膜破碎长度缩短的缘故.数值计算的喷雾锥角和油膜破碎长度分别与实验测量值和半经验公式计算值符合良好.

非对称翼型安装方式对H型风力机性能的影响

以DU06-W-200非对称翼型直叶片垂直轴风力机为研究对象,在风洞中对风力机模型进行一系列性能对比实验,研究叶片在正装和反装两种安装方式下,不同安装角、不同风速条件下的风力机气动性能。实验结果表明:对于非对称翼型,采用反装安装方式时风力机性能更好;且存在一个最佳安装角,使翼型反装时性能更好;安装角为4°时,风速为8m/s时反装状态功率系数比正装状态高出22%,风速为9m/s时则高出24%。

过量空气系数对DLN燃烧室性能影响的基本规律

进行了某重型燃气轮机（E级）燃烧室燃用天然气的试验,给出了在设计功率下过量空气系数在2.7～5.0时,燃烧室出口温度场、燃烧效率、污染物排放以及火焰筒壁温的变化趋势,以及过量空气系数对燃烧室性能影响的基本规律。随着过剩空气系数的增加,燃烧室出口温度场更均匀,NOx排放量下降,但过大的过量空气系数会导致燃烧效率下降。

工程教育的理性回归与卓越工程师培养

为消除我国工程教育人才培养模式单一,缺乏多样性和适应性等弊端,分析了我国工程教育中存在的主要问题,认为"卓越工程师教育培养计划"是工程教育的理性回归。论述了卓越工程师的品质特征,探讨了卓越工程师培养体系构建、培养环节把握,以及培养过程中的角色定位等相关问题。指出只有政府、高校和企业(社会)三者各尽其责,形成合力,"卓越工程师教育培养计划"才能真正得到落实。

工程实践能力指向与创新能力形成机理

在世界工程教育理性回归的大背景下,中国作为世界第一高等工程教育大国,于2007年启动了"卓越工程师教育培养计划",以修正工程教育的过度学科化倾向,强化学生的工程实践能力和创新能力培养。在分析了"卓越计划"的特点与措施的基础上,阐释了工程实践能力的主要指向,对卓越工程人才的个人素质、专业知识、专业技能、管理能力及经验积累的内涵做了解读,构建了卓越工程人才创新能力形成模型,给出了创新能力形成函数,厘清了创新能力形成机理。

圆柱-平板角区湍流流动控制的风洞试验研究

角区流动中马蹄涡系的存在通常会造成不良影响。对圆柱-平板角区流动,在圆柱上游放置一倾斜的小圆棒能够改变角区流动结构。利用油流法和平板表面压力测量方法探讨了湍流流态下不同的小圆棒对平板表面的摩擦力线和压力分布的影响。油流实验揭示了倾斜棒能够改变角区的三维分离,新的分离线由倾斜棒和圆柱共同作用引起;倾斜棒对角区的作用可归类为两种不同的物理现象;倾斜棒能够引起圆柱侧面的分离线向下游发生极大的迁移,导致圆柱底部区域尾迹变窄。平板表面压力测量实验揭示附加的倾斜棒能够极大地改变压力分布情况,角区的逆压梯度相应减小;由此,逆压梯度引起的三维分离必然被削弱。