【摘 要】
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提出一种基于正反问题耦合的压气机特性快速预测方法,根据压气机一维设计理论,通过对满足流量及压比设计指标的反问题求解快速得出压气机的气动布局方案,在此基础上结合非设计点损失和落后角模型通过正问题求解得出全工况压气机特性,再根据预测特性与目标的偏差调整气动布局方案,以此通过对正反问题的耦合求解实现对压气机特性的合理快速预测.为了提高压气机特性预测精度,发展了基于遗传算法的压气机损失和落后角模型参数优化校准方法,该方法利用优化理论及实验数据对传统的压气机损失和落后角模型进行改进.利用三台压气机的实验结果对模型进
【机 构】
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清华大学航空发动机研究院,北京100084;清华大学汽车安全与节能国家重点实验室,北京100084;清华大学航空发动机研究院,北京100084;清华大学汽车安全与节能国家重点实验室,北京100084;
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提出一种基于正反问题耦合的压气机特性快速预测方法,根据压气机一维设计理论,通过对满足流量及压比设计指标的反问题求解快速得出压气机的气动布局方案,在此基础上结合非设计点损失和落后角模型通过正问题求解得出全工况压气机特性,再根据预测特性与目标的偏差调整气动布局方案,以此通过对正反问题的耦合求解实现对压气机特性的合理快速预测.为了提高压气机特性预测精度,发展了基于遗传算法的压气机损失和落后角模型参数优化校准方法,该方法利用优化理论及实验数据对传统的压气机损失和落后角模型进行改进.利用三台压气机的实验结果对模型进行了校准与验证,验证结果表明:设计点效率预测误差为0.23％,非设计点为1.34％,满足发动机需求分析及概念设计阶段对压气机效率的预测精度要求.
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探究了结构参数对脉冲射流经冷却管内流动响应规律.在脉冲频率为1Hz,雷诺数为5000,脉冲射流占空比为50％的气动参数下,对冷却管管径、射流孔孔径、孔间距的变化对脉冲射流流动响应特性带来的影响依次分析,对结构参数对脉冲射流在冷却管内流动响应特性产生影响的内在机制进行综合阐述.针对上述结构参数拟合出冷却管射流质量系数随冷却管管径、射流孔孔径、孔间距变化的经验关系式,为优化阵列脉冲射流的冷却管结构设计提供数据基础.研究发现,冷却管射流速度的响应时间、迟滞时间均随着冷却管管径、射流孔孔间距和孔径的增加而减小.随
提出了无人机油箱地面洗涤惰化技术理论和方法,利用CFD方法研究了采用地面洗涤惰化技术降低油箱气相空间氧体积分数并使无人机油箱在地面和飞行条件下仍然保持惰化状态的可行性.利用vol-ume of fluid(VOF)两相流模型和自定义传质方程计算了不同油箱初始氧体积分数和载油率下气相空间氧体积分数的变化情况,结果表明:在相同的飞行时间,气相空间氧体积分数随着初始载油率和油箱初始氧体积分数的增加而增加;当油箱初始氧体积分数不高于2％,且初始载油率不高于50％时,飞行过程中油箱气相空间氧体积分数始终低于9％,满
采用试验与数值计算相结合方法研究了不同旋流器型式对双旋流式空气雾化喷嘴喷雾特性的影响规律.采用粒子图像测速(PIV)测量了不同空气雾化喷嘴下游流场结构,并且采用高速摄影仪和激光粒度分析仪,对不同空气流量和燃油流量下的双级旋流空气雾化喷嘴的油雾场形态、索太尔平均直径(SMD)、Rosin-Rammler分布进行试验研究;同时采用数值计算方法获得了带双级轴向旋流器的空气雾化喷嘴二次雾化特性.结果表明:相同的工况条件下,带双级轴向旋流器的空气雾化喷嘴雾化锥角会稍大于径向旋流器.带双级径向旋流器的空气雾化喷嘴主要
以简化的机载综合热管理系统作为研究对象,对系统在不同控制模式下的变化特性进行分析,为系统控制方案的研究提供了理论依据.利用数学模型和计算机模型相结合的方法建立起一种以燃油为主要热沉,具有空气/燃油换热器、燃油/PAO(聚α烯烃)换热器等主要元器件的机载综合热管理系统整体模型,并提出一种模糊自整定的PID(比例-积分-微分)控制方法对燃油/PAO换热器和电子设备热变化等系统特性进行分析.结果表明:在热极限工况下,相对于开环控制,模糊自整定PID控制模式不仅能有效地控制燃油泵等一系列设备保持合适的转速,还可以
通过设计一种基于主动冷却的点阵桁架结构,在降低飞行器质量的同时,实现有效的热防护效果,并在该结构中加入半导体温差发电装置,将产生的气动热转化为电能,可用于飞行器小型用电设备供电.对该热防护与利用一体化系统进行了实验研究.在不同工况下,温差发电功率远大于主动冷却系统的泵功消耗,可实现主动冷却系统的自驱动.通过添加管内表面凸起和螺旋扭带扰流对翼前缘主动冷却点阵桁架结构热防护性能进行了优化研究.结果表明:管内凸起和扭带耦合时能明显改善系统的热防护性能,在流速为0.1 m/s情况下,以水为冷却工质时,外面板和内面
为了研究双轴大涵道比分排涡扇发动机轴断裂失效后的动态性能,找出涡轮轴断裂后最先发生的危害事件,建立能够模拟气流参数毫秒时间量级动态响应的大涵道比分排涡扇发动机共同工作方程和性能模型.计算分析了地面起飞状态和巡航状态下某大涵道比民用涡扇发动机分别在高、低压轴断裂后发动机气路参数的瞬态响应规律和机理,为主被动安全设计提供参考.结果表明:高、低压轴断裂后几十毫秒内最先发生的危害性事件分别是中压压气机喘振和涡轮转子超转;同时涡轮前温度会有所升高.
为了获得高温来流下气/液两相多循环U型脉冲爆震燃烧室(U-PDC)的燃烧特性,使用汽油/空气为燃料和氧化剂开展了相关试验研究.结果表明:当来流温度为373 K,U-PDC能够在15～38 Hz范围内稳定工作,且随着工作频率提高爆燃向爆震转变(DDT)距离缩短;在室温条件下、工作频率为15～25 Hz时,未能形成充分发展爆震波,表明高温来流可促进DDT过程.在室温条件下、工作频率为15～25 Hz时,由于U型爆震弯段内可燃混气分布不均匀,U型爆震弯段外侧监测到火焰的时间晚于U型弯段出口,当来流温度升至373
实验研究了非均匀速度来流条件下液体横向射流喷雾特性.实验利用多孔板实现速度的不均匀,应用片光照相得到喷雾中心截面照片,使用相位多普勒粒子分析仪(PDPA)测量液滴的直径和速度.实验结果表明:在非均匀速度来流中,射流的弯曲和破碎机理有所不同,导致穿透深度和雾化特性发生改变.与均匀速度来流相比,正速度梯度来流时射流穿透深度更大,液柱破碎高度增大,浓度场分布更加均匀,射流呈现平抛形态;负速度梯度时喷雾场整体内移,浓度场呈明显分层结构,射流尾迹区增长,射流为坍塌形态.初步提出适用于非均匀速度来流条件下的射流穿透深
以新型高温渗碳不锈航空齿轮钢圆柱齿轮为研究对象,采用国标GB/T 14230-1993规定的“B试验法”开展了齿轮弯曲疲劳试验,并对轮齿的断裂的失效机理进行了研究.分析结果发现存在三种造成轮齿断裂失效的诱因:表面碳化物、表面缺陷和内部碳化物.其中,表面碳化物对轮齿弯曲疲劳寿命的影响比内部碳化物和表面加工缺陷都要严重.当齿面没有碳化物和加工缺陷时,在长时间循环应力作用下会产生内部碳化物,进而造成裂纹萌生和扩展,较小尺寸碳化物会形成粗糙的“鱼眼”区形貌.采用航空新型高温渗碳不锈航空齿轮钢的齿轮要得到较高的寿命
针对微细颗粒在涡轮叶片表面的沉积问题,采用EI-Batsh沉积模型对涡轮叶片表面微细颗粒沉积情况进行数值仿真,探究压力面冷却射流对颗粒沉积特性的影响.研究表明:沉积主要发生于叶片前缘与压力面,且沉积率随着粒径的增大不断增大,但粒径增大到17 μm后沉积率增加幅度开始变小.存在冷却射流时,射流可以通过吹离和卷吸作用影响小粒径颗粒的碰撞率,从而影响到沉积率,但对大粒径颗粒碰撞率基本不存在影响.射流还可以通过冷却壁面降低颗粒黏附率,进而影响沉积率,且大粒径颗粒所受影响更明显;改变吹风比后,颗粒沉积率随吹风比增加