基于区间摄动的不确定非线性结构动力学模型修正方法研究

提出了一种利用非线性结构的时域动响应的一阶摄动分析来进行结构不确定参数区间修正的方法。采用摄动法将不确定结构参数分解为参数区间均值和区间半径,将两者分别作为两步确定性模型修正的待修正参数。在此基础上,建立区间模型修正的优化函数,分别修正结构不确定参数的区间均值和半径。以两层刚架结构和非线性的悬臂梁作为仿真算例,采用均匀分布的取样方法构造仿真试验的参数样本,对立方非线性和分段非线性两种非线性形式进行仿真研究。结果表明,参数的收敛效率和修正后的精度均很高,且修正后的时域响应区间能反映试验数据的区间特性,从而验证了该方法在不确定非线性结构模型修正问题上的有效性。

油气井钻进钻铤进动特性仿真研究

油气井钻进破岩过程发生于地下几千米,难以获取井底钻具组合的运动状态。井底钻具组合与岩石的相互作用产生多种形式的振动及振动的耦合。为进一步研究破岩引发钻进中振动的产生机理,建立了井底钻具组合钻铤段非线性动力学模型,通过数值仿真,分析了破岩过程中转速、钻井液、井底钻具组合偏心距、摩擦等对钻铤段旋转进动的影响。数值研究表明,系统参数的变化导致井底钻具组合进动轨迹的多样性和不可预测性;井底钻具组合受到外力作用,导致钻铤进动出现混沌;钻进过程中钻铤与井壁间会发生周期性碰摩现象,为研究钻进引发钻柱黏滑振动提供新的研究思路。

涡轮基组合循环发动机分布式控制系统通信网络混合拓扑结构优化方法

涡轮机组合循环(Turbine based combined cycle,TBCC)发动机控制系统通信网络拓扑结构是其分布式控制系统方案设计的重要部分,优化网络拓扑结构可提高发动机推重比和控制系统可靠性。本文基于智能优化算法提出TBCC分布式控制系统网络拓扑结构优化方法。基于图论建立TBCC几何模型和网格模型,以重量和可靠性为优化性能指标,同时考虑发动机表面高温区域以及控制节点的工作可靠性,分别采用粒子群算法和遗传算法优化星形结构中智能中央节点位置、中央节点的环形拓扑结构,获得星形-环形混合拓扑结构。仿真实例表明,基于本文方法优化所得的混合拓扑结构相较于星形集中式控制结构,系统重量降低了51.9%。

大尺寸低压涡轮导叶冷效试验件优化及验证

针对大尺寸低压涡轮导叶利用现有冷效试验设备扇形试验段内仅能布置3个叶片、叶栅通道流动周期性无法保证的问题,采用CFD方法分析了周期性无法保证的主要原因,为试验件排气测量段导流板引起测试叶片吸力面激波干涉和流动分离。对比研究4种导流板优化方案发现,采用截断导流板的方案可以消除测试叶片激波干涉,改善扇形叶栅通道流动周期性,使叶片表面流动状态接近理论设计。采用气热耦合计算的叶片壁面温度分布与试验结果吻合良好,验证了优化设计的有效性,为类似大尺寸涡轮叶片扇形叶栅及冷效试验件的设计提供了一种优化思路。

带轴向通流冷却的动压气体轴承静承载力和气动热多参数影响分析

在运行状态稳定条件下,进行了带轴向通流冷却的动压气体轴承三维流-固耦合数值模拟,以分析静承载力和气动热的多参数影响关联。结果表明:在气膜层间隙中,旋转强剪切驱动的周向流动占主导机制,在强烈的旋转流驱动下,进口端的轴向通流被诱导而随之转动,随后在气膜厚度较大的区域向出口端运动,并与通道周向流动形成叠加而呈现螺旋状的流动迹线;无论是对于静承载力还是气动热,偏心率均是最重要的影响参数,对于静承载力而言,气膜平均间隙的影响显著高于轴向通流质量流量的影响,而对于气动热而言,轴向通流质量流量的影响则显著高于气膜平均间隙的影响;在静载荷水平相当时,小偏心率-小气膜平均间隙工况的气动热效应相对较弱,反之,大偏心率-大气膜平均间隙工况的气动热效应最为显著,其面临的散热问题也更为严重。

航空发动机叶片高频模态阻尼的实验测试方法

以NASA Rotor37叶片为对象,研究了航空发动机叶片的高频模态阻尼比的实验测试方法.实验分析和数值计算均说明:在随机声激励下获得频响曲线将包含由支撑结构振动造成的峰值.基于此提出在支撑结构上布置多个传感器的实验方案,并以支撑结构的振动峰值位置和能量相对大小来判定叶片振动主导的振动峰值.用小波阈值收缩法和曲线拟合法对这些振动峰值进行了降噪和模态阻尼比识别,给出了实测模型在10kHz内"叶片主导振动"的模态阻尼比.结果表明:一般的结构金属材料条件下,叶片结构的高频模态阻尼比的数量级小于1%,且随频率增加呈下降趋势.

涡轮基组合循环发动机超级燃烧室燃烧性能试验

对涡轮基组合循环（turbine based combined cycle，TBCC）发动机超级燃烧室进行了试验研究．首先设计了超级燃烧室模型及相关的试验系统，并在此基础上开展了不同进口速度系数、温度和油气比下点火特性、贫油熄火特性和燃烧效率等燃烧室性能的试验研究．研究结果表明：随着内涵进口速度系数（0．10～0．25）的增加，点火当量比先减小后增加，熄火当量比逐渐增加，燃烧效率提高；随着内涵进口温度（573～873K）的增加，点火当量比和熄火当量比减小，燃烧效率提高；随外涵进口速度系数、温度的增加，燃烧效率提高．试验中获得最小点火当量比为0．984，最小熄火当量比为0．6．

基于时间推进的通流计算方法:现状及展望

为探究基于时间推进的通流方法在叶轮机械设计分析中的应用潜力,报告了国内外相关研究现状,详细阐述了该方法在应用过程中的若干关键问题,包括:叶片堵塞的几何描述、叶片力的模拟、叶片前后缘间断问题的处理和激波的捕获等,并对不同模型进行了比较。总结可知,相比传统通流方法,该方法具有捕捉激波,适应堵塞,流场模拟更为精细以及计算扩展性良好等诸多优点,在先进航空发动机或燃气轮机的部件设计和分析、整机稳态、过渡态性能模拟中,都具有相当的优势与应用潜力;同时尽管该方法的研究取得了很大进展,但在上述若干关键问题上仍有提高空间。通过进一步的发展与完善,该方法有望成为叶轮机械设计和分析的标准工具。

结构因素对氦氙混合向心蜗壳性能的影响

向心蜗壳的损失特性及其与下游工作轮的匹配能力受到结构参数的影响。针对某型氦氙径流涡轮圆形截面蜗壳,基于相同流动条件及工质等熵膨胀能力等相似准则,比较了三种不同尺寸、出口宽度的蜗壳在不同截面张角情况下的流动特性,通过减小蜗壳盘管尺寸能够适当的提高工作轮的进口马赫数,提高做功能力。分析喉部尾缘损失在收缩段不同位置的发展,在向下游流动的过程中,喉部尾迹与周向气流的动量交换使得角度偏差和速度亏损逐渐减小。利用截面角90°≥θ≥30°内蜗壳出口角的变化范围定义了蜗壳与径流涡轮的匹配能力。结果表明,出口气流角对出口宽度和截面张角的变化更敏感。通过改变出口宽度和调整截面张角,可以使蜗壳出口角更容易与工作轮进口角相匹配。