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2013年  第28卷  第7期

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首届试验仿真与数据挖掘测试与分析会议（624）
两种雾化模型在横向流雾化数值模拟中的应用
刘静, 徐旭
2013, 28(7): 1441-1448.
摘要 PDF(1532KB) icon1505 icon1214
摘要:
通过对横向气流中燃料雾化的数值模拟,分析了两种常用的雾化模型TAB(Taylor analogy breakup)模型和Reitz波不稳定性模型中的经验参数变化对模拟结果的影响,为合理使用这两种雾化模型提供了参考.对雾化过程的模拟结果与实验结果的对比分析发现:虽然TAB和Reitz波模型都能对穿透深度进行很好的预估,但从液滴分布、SMD(Sauter mean diameter)和液滴速度等具体参数的计算结果来看,TAB模型的计算结果优于Reitz波模型,更适用于相关计算,并给出了适当的TAB模型的经验参数取值.最后,用TAB模型在相同经验参数下对不同燃料喷射速度的工况进行了计算,得到了满意的结果.这种先用实验数据校准经验参数,然后用校准后的经验参数计算相关未知结果工况的方法可以应用在今后的预估计算和研究中.
注油方式对超燃冲压发动机燃烧性能的影响
邓维鑫, 乐嘉陵, 杨顺华, 田野, 张弯洲, 许明恒
2013, 28(7): 1449-1457.
摘要 PDF(1851KB) icon1622 icon1096
摘要:
基于脉冲燃烧风洞直连式试验平台,利用壁面压力测量和高速摄影等手段,研究了注油方式对超燃冲压发动机燃烧性能的影响.考察了不同油位单点注油时的注油特性,利用高速摄影揭示了各个油位的火焰发展历程.在产生有效推力及防止进气道不起动的限制下,确定了各个油位的贫油最低当量比、富油最高当量比.研究了第1油位、第2油位和其他油位组合注油时的耦合作用.以隔离段未扰动区域长度、燃烧室内推力、燃料比冲为指标,探寻了燃烧性能最佳的注油方式.试验获得的隔离段未扰动区域长度最大为149.6mm,燃烧室内推力最大为1622.3N,燃料比冲最大为1354.0s.
超声速燃烧中的特征尺度及影响因素
李晓鹏, 张泰昌, 齐力, 范学军
2013, 28(7): 1458-1466.
摘要 PDF(2132KB) icon1834 icon1074
摘要:
针对超燃冲压发动机典型的飞行条件,分别以氢气、乙烯和煤油(由质量分数为0.8的正十烷和0.2的三甲基苯化学替代)作为燃料,分析了超声速燃烧中的特征尺度及其影响因素,给出了细致的超燃冲压发动机工作范围,并探讨了火焰面模型在超声速燃烧数值模拟中的适用性.结果表明:从氢气、乙烯到煤油,超燃冲压发动机工作范围依次减少,丹姆克尔数(Da)呈现量级的变化,火焰模式以旋涡小火焰为主,其中Taylor尺度起着关键性作用.同时也发现:相对于亚声速燃烧,在超声速燃烧的数值计算中,对能否采用火焰面模型还需要更加仔细的考虑.
引射式结冰风洞内圆柱结冰试验
孟繁鑫, 陈维建, 梁青森, 张大林
2013, 28(7): 1467-1474.
摘要 PDF(1817KB) icon1510 icon1266
摘要:
设计并建造了用于结冰研究的小型引射式结冰风洞试验系统,对其结冰气象条件参数进行了标定,给出了试验段水雾均匀区范围,验证了试验冰形的可重复性.在霜状冰和瘤状冰条件下,对直径为25.4mm和50.8mm的圆柱在所建的结冰风洞内进行了结冰试验.试验结果表明:在所研究的结冰条件和结冰时间范围内,霜状冰与瘤状冰的结冰厚度均随时间推进而线性增长;在满足结冰相似准则的情况下,冰形相似性结果良好,无量纲厚度的最大偏差约为10%.
多喷嘴氢氧燃烧二元加热器设计与仿真
田亮, 陈超群, 徐旭, 宋冈霖, 张岩
2013, 28(7): 1475-1481.
摘要 PDF(1646KB) icon1429 icon1044
摘要:
为了获得均匀的喷管出口参数,设计了两种喷注形式的多喷嘴氢氧燃烧二元加热器和一个拉瓦尔喷管,利用CFD仿真软件对其进行了流场计算,研究了同一工况下不同喷注器构型、速度比和喷嘴压降对喷管出口均匀度的影响.结果表明:喷注器构型对出口气流的均匀程度影响不大,它主要影响喷注器的温度;氢气与空氧混气的速度比越低,出口均匀性越好,空氧混气喷嘴的压降越低,出口均匀性越好;拉瓦尔喷管收缩比对出口均匀性有很大影响,设计时应尽量使两方向收缩比相近.
一种双S弯二元喷管的红外辐射特性数值研究
刘常春, 吉洪湖, 黄伟, 杨芳芳
2013, 28(7): 1482-1488.
摘要 PDF(1703KB) icon1821 icon1168
摘要:
为了降低轴对称排气系统的红外辐射,设计了一种非常规双S弯二元喷管.在CFD计算得到排气系统温度、压力和组分质量分数的基础上,采用反向蒙特卡洛法计算了基准轴对称喷管和双S弯二元喷管的红外辐射特征,并与二元喷管的结果进行了对比.结果表明:双S弯二元喷管能够对排气系统内部的高温部件进行有效遮挡,其强三维流动效应加强了内外涵冷热气流的掺混,在二元喷管的基础上进一步降低了排气系统的红外辐射;随着偏距 S 的增大,红外抑制效果增加,与轴对称喷管相比在推力损失不大于3%的前提下能够平均降低70%以上的红外辐射.
GAO-YONG湍流模型对湍流传热的数值模拟
王勇, 高歌, 李志强, 江立军, 崔树鑫
2013, 28(7): 1489-1494.
摘要 PDF(1216KB) icon1711 icon1134
摘要:
将GAO-YONG湍流模型应用于湍流传热的研究,分别计算了平板剪切湍流和二维平面冲击射流的湍流传热问题.边界层剪切湍流流动与换热的计算表明:与传统的湍流模型不同,GAO-YONG湍流模型不需要对近壁区域做任何特殊处理(比如壁面函数、低Reynolds数修正等)即可模拟出从壁面到主流区的全部流动与传热情况;另外,对于冲击射流Nusselt数的模拟也得到了与实验符合较好的计算结果,准确地捕捉到了2种冲击高度下流场换热的不同特征,表明了GAO-YONG湍流模型能够较高精度地计算湍流换热.
空气节流对超燃冲压发动机燃烧室起动点火影响的数值研究
田野, 乐嘉陵, 杨顺华, 张弯洲, 邓维鑫
2013, 28(7): 1495-1502.
摘要 PDF(1833KB) icon1651 icon1203
摘要:
利用空气节流在流场中产生激波串,有效地辅助燃料实现起动点火.非定常Navier-Stokes方程数值模拟研究了空气节流对超燃冲压发动机燃烧室起动点火的影响,分析了起动点火时间段(0~1.0ms)内空气节流 对流场参数的影响.数值模拟结果表明:在燃烧室入口马赫数为2.0、静温为548.8K、静压为101555.9 Pa,乙烯燃料当量比为0.5,先锋氢辅助点火的条件下,距离发动机入口845mm处,节流流量为入口空气流量的30%,有效地实现了发动机的起动点火,无空气节流情况下的发动机点火效果不佳,火焰最终熄灭.
具有凹陷涡发生器的网格冷却结构内的流动与传热特性
张翔, 饶宇
2013, 28(7): 1503-1509.
摘要 PDF(2188KB) icon1606 icon1115
摘要:
对一种具有U 形子通道以及凹陷涡发生器的新型网格冷却结构内的流动和传热特性进行了实验和数值计算研究,通过数值计算可以较准确地获得网格冷却结构的传热性能和流阻性能.在数值计算模型得到验证的基础上,还分别对具有U 形子通道和凹陷涡发生器的网格冷却结构,以及具有U 形和矩形子通道的网格冷却结构内的流动和传热性能进行了对比研究.对比研究表明:与矩形子通道相比,U 形子通道结构能够改善子通道底部的流动状况,降低流动阻力,但同时也略微降低了总体传热性能;在U 形子通道壁面上布置凹陷涡发生器能够显著增强底部流动扰动,大幅提高传热性能,但同时也增加了流动阻力.
叶轮机械
间隙高度对自发射流抑制叶尖泄漏的影响
胡建军, 孔祥东, 徐进良
2013, 28(7): 1510-1516.
摘要 PDF(1508KB) icon1601 icon1137
摘要:
通过数值求解三维定常黏性雷诺时均N-S方程,获得了单孔叶尖自发射流条件下不同叶顶间隙的叶栅流场,对比分析了间隙高度对自发射流与叶尖泄漏流相互作用特性、叶尖泄漏流量以及叶片载荷的影响.结果表明:当叶顶间隙高度为1mm(t/H=0.5%)时,自发射流对泄漏流有明显的阻挡作用,泄漏流量比减少0.06%,同时叶片载荷增加1.39%.当叶顶间隙高度增大到4mm(t/H=2%)时,自发射流的阻挡作用及对叶片载荷的增加作用基本消失;减小间隙高度可以有效提高自发射流的控制效果,同时降低因分离造成的流动损失;自发射流的存在显著改变了间隙流场分布及叶尖吸力面附近静压系数分布,计算发现当泄漏流绕自发射流流过时,下游流场出现类似卡门涡街的涡分布现象.
一种实现轴流压气机试验特性关联的经验方法
向宏辉, 侯敏杰, 刘志刚
2013, 28(7): 1517-1525.
摘要 PDF(2056KB) icon1382 icon986
摘要:
采用系统研究思想,对10余台轴流压气机稳态性能试验数据进行了整理分析,在统计层次上探索了现有气动/结构设计体系下离散试验数据之间的内在关联规律.详细阐述了关联基准点的选取、关联基准线的构造、稳定工作边界的预估、特性线的泛化拟合和关联基准点的求解等环节,成功构建了一种实现多级轴流压气机试验特性有效关联的经验分析方法.结果表明:该经验方法对于大流量低速压气机变工况特性具有较好的预估能力,总体相对误差小于±10%.该方法可应用于同类型新设计压气机变工况特性表征关系的经验重构和先期性能评定,为压气机离散试验数据的挖掘、利用提供技术支持.
Two 3-D multi-cascade co-design inverse methods based on streamline curvature approach and Clebsch formulation for single-stage centrifugal compressors
TIAN Xiao-pei, SHAN Peng
2013, 28(7): 1526-1538.
摘要 PDF(2927KB) icon2830 icon981
摘要:
Two strategies extended the single-cascade methods from a compressible three-dimensional inverse method for radial and mixed flow turbomachines to two three-dimensional multi-cascade co-design methods for single-stage centrifugal compressors.These two three-dimensional methods and a typical quasi-three-dimensional streamline curvature through-flow inverse method were employed to design the same subsonic high-speed single-stage centrifugal compressors.The compressor performances were simulated by a commercial Reynolds averaged Navier-Stokes (RANS) equations solver.The studies show that two three-dimensional co-design methods are reasonable and feasible.It was found that:firstly the blade camber angle designed by the three-dimensional methods was larger than that designed by the quasi-three-dimensional method;and secondly with regard to two three-dimensional methods with different boundary conditions,the co-design result differences between the diffusers were small,but those between the deswirlers were relatively large.
某民用大涵道比涡扇发动机风扇缩尺试验件气动性能数值仿真
朱芳, 陈云永, 卫飞飞, 金东海, 王延荣, 桂幸民
2013, 28(7): 1539-1548.
摘要 PDF(2018KB) icon1732 icon1192
摘要:
根据某民用航空发动机大涵道比风扇1/2缩尺试验任务的需求,利用三维数值模拟软件对该风扇缩尺试验件各个转速下的内、外涵气动性能进行了数值仿真分析,并对缩尺几何、弹性恢复角及涵道比等参数对风扇缩尺试验件内、外涵气动性能的影响进行了对比分析.结果表明:该风扇缩尺试验件各转速下的内、外涵性能都基本达到设计指标;几何缩尺分别引起了风扇外涵、内涵设计点的效率分别降低了1.26%,0.77%;80%转速下,叶尖弹性恢复角减小0.36°使风扇外涵稳定工作裕度扩展了4.04%,但近设计点总压比和效率均有所衰减;双涵道风扇在不同涵道比状态下,内、外涵相互影响,流量-总压比及流量-绝热效率特性是在一定范围内的曲线带.
轴流压气机叶尖射流扩稳数值计算模型
时培杰, 乔渭阳, 魏佐君, 许坤波
2013, 28(7): 1549-1556.
摘要 PDF(1528KB) icon1417 icon1010
摘要:
基于体积力方法将压气机叶片对气流的作用力和做功简化为源项,对环形无叶片通道求解带源项的Navier-Stokes(N-S)方程,实现了压气机全通道流场的计算,通过在转子上游机匣施加射流建立了轴流压气机叶尖射流扩稳数值模型.模型中的源项根据叶片排进口气流参数进行变化,通过判断施加的人工扰动变化确定压气机失稳边界.采用该模型对某跨声速单级压气机在有、无射流下的性能和稳定性进行了计算分析,无射流下计算的该压气机性能和稳定边界与试验结果都能较好地一致,其中稳定边界流量仅相差0.7%;有射流下射流对压气机具有明显的扩稳效果,将计算结果与国外公开文献的结果进行了对比,验证了模型的可靠性.
紧连阀轴流压气机变转速过失速瞬态模型
黄伟, 黄向华
2013, 28(7): 1557-1563.
摘要 PDF(1164KB) icon1492 icon990
摘要:
为了给各种压气机喘振主动控制器提供验证平台,提出了一个新的旋转失速及喘振模型.该模型在Moore-Greitzer轴流压气机过失速瞬态模型的基础上,考虑了转子动态及旋转失速高阶谐波对压气机气动稳定性的影响,并且在模型中增加了紧连阀作为执行机构.仿真结果表明:随着压气机转速的增加,压气机的失稳行为由旋转失速转为喘振;压气机转速的变化作为系统内部扰动,可能使压气机在节流阀开度较大时便进入气动失稳状态;虽然压气机初始扰动仅含有1阶谐波,但随着旋转失速的发展,高阶谐波强度不断增长而变得不可忽略.
商用发动机10级高压压气机一维特性优化设计
史磊, 刘波, 张鹏, 李俊, 王雷
2013, 28(7): 1564-1569.
摘要 PDF(1299KB) icon1681 icon1236
摘要:
采用HARIKA算法对某商用发动机10级高压压气机进行了一维特性预测.引入遗传算法优化设计手段,以压气机一维设计参数为优化变量,设计转速下特性线的峰值效率、裕度为优化目标函数.与初始特性线相比,压气机在优化后设计转速时特性线的峰值效率提高了12.3%,裕度由11.7%提高到25.13%.对变几何压气机特性进行了优化分析,给出不同换算转速下进口导叶及前3级静子叶片安装角的最佳调节规律.优化后的压气机在非设计转速下的效率特性得到了大幅提升,压比特性得到了提高,流通能力也得到了加强.将压气机一维优化的特性线与采用一维优化设计参数得到的全三维计算结果在1.0,0.9倍换算转速下进行了对比,两者预测出的喘振边界在最大偏差处不超过6.25%.
气动热力学与总体设计
展向截断曲面乘波压缩进气道气动布局
吴颖川, 贺元元, 余安远, 乐嘉陵
2013, 28(7): 1570-1575.
摘要 PDF(1210KB) icon1815 icon1419
摘要:
描述了所设计的展向截断曲面乘波压缩进气道.其特点是采用曲面乘波压缩前体,前体进气道压缩面基准流场由等熵压缩波轴对称流场组成,三维乘波面采用密切曲锥方法由前缘线各点流线跟踪拟合构成流面.乘波面根据飞行器和发动机的宽度要求进行了截断.数值计算和风洞试验结果表明:与相同几何收缩比的四波系压缩进气道相比,在马赫数为4.5时,曲面乘波压缩进气道流量系数提高12%,总压恢复系数提高39%;在马赫数为6时,曲面乘波压缩进气道流量系数提高4%,总压恢复系数提高50%.超然冲压发动机性能明显提高.
增强型双喉道射流推力矢量喷管的流动特性试验
周辉华, 谭慧俊, 周慧晨, 蔡建刚
2013, 28(7): 1576-1581.
摘要 PDF(1450KB) icon1456 icon988
摘要:
对一种增强型双喉道射流推力矢量喷管开展了内部流动特性的试验研究,获得了其在不同次流压比状态下的内流结构和沿程静压分布.试验结果显示:在基准双喉道矢量喷管尾部附加扩张段后,能够以2.8%的次流消耗率获得超过20°的平均气流偏角,这表明通过附加扩张段来增加喷管矢量角的设计概念是可行的.在凹腔内,增强型双喉道射流推力矢量喷管的静压分布规律与基准双喉道矢量喷管一致,但在附加的扩张段内,下壁面的压强要明显高于上壁面,这正是其推力矢量角得到显著增大的原因.随着次流压比的增加,喷管获得的推力矢量角单调增加,但是喷管附加扩张段的矢量增强效果基本维持不变.
转捩对平流层飞艇外形优化的影响
张海军, 郭雪岩, 戴韧
2013, 28(7): 1582-1590.
摘要 PDF(2703KB) icon1466 icon998
摘要:
采用梯度算法优化了平流层飞艇外形以减少气动阻力,目标函数飞艇总阻力系数通过求解Navier-Stokes方程获得.优化过程中采用了SSTκ-ω转捩湍流模型和Realizable κ-ε全湍流模型求解绕流流场,采用大涡模拟方法详细分析了获得的两种飞艇外形的气动性能和特点,并且比较了两种湍流模拟方法的流场求解对梯度法优化的目标函数以及飞艇形状特点的影响.结果表明:是否考虑转捩对优化的结果有明显的影响,考虑转捩优化方案的气动性能明显优于全湍流流动求解优化方案.采用转捩模型的优化由于层流区域的存在改变了飞艇尾部的形状,从而获得了尾部分离区较小的飞艇外形轮廓.
类乘波体防热壁板气动加热-温度场耦合特性分析
程兴华, 杨涛, 丰志伟
2013, 28(7): 1591-1597.
摘要 PDF(1483KB) icon1342 icon1137
摘要:
针对类乘波体防热壁板,采用松耦合算法推进气动热和传热迭代计算,研究气动加热-温度场的耦合特性.结果表明:在壁板达到辐射平衡前,冷壁热流和辐射平衡热流与真实气动加热的误差分别达+55.1%和-15.4%以上,必须将气动加热和温度场进行耦合分析;当地绝热壁面温度不随时间变化,表面传热系数是耦合效应的关键参数;采用平均表面传热系数进行瞬态气动加热-温度场耦合计算只进行2次气动加热计算,壁面温度预测误差在2.5%以内,可有效提高气动加热-温度场耦合计算的效率.
大飞机动力
航空发动机转子系统结构效率评估参数及计算方法
马艳红, 陈璐璐, 张大义, 洪杰
2013, 28(7): 1598-1606.
摘要 PDF(1119KB) icon1492 icon1080
摘要:
根据航空发动机转子系统的结构特征和力学特征,提出了从结构的承载能力、抗变形能力和动力学环境适应能力3个方面进行结构效率评估的参数体系及其计算方法,并以典型小涵道比涡扇发动机转子系统为例进行了结构效率评估参数的计算分析.研究表明:平均应力系数、等效比刚度、极限惯性载荷作用下最大变形量、无量纲M-H因子和弯曲应变能系数等作为评估航空发动机转子系统结构效率的评估参数能够有效地反映各种载荷作用下结构形式和材料性能对应力水平、变形分布以及动力敏感度的影响.同时指出了该发动机转子系统现有结构设计的特点,以及进行结构优化的方向.
发动机附件机匣结构系统振动特性
郭梅, 陈聪慧, 王建军, 梁作斌, 李锦花
2013, 28(7): 1607-1612.
摘要 PDF(1456KB) icon1711 icon1247
摘要:
基于FEM和Masta软件,详细计算和分析了某型发动机附件机匣系统在内部啮合激励下的振动响应特性.首先计算得到了各级齿轮副的静啮合误差(位移)激励,然后详细计算了在内部啮合激励下的附件机匣壳体的振动响应,分析讨论了其基本规律和特点.计算得到的附件机匣在受力位置的振动响应幅值在最大值为80g,小于限制值150g.研究表明,所提出的方法和技术有助于在设计阶段对这类复杂传动系统的振动特性预测和评估.
高温条件下DZ125缺口疲劳性能试验
胡晓安, 王井科, 杨晓光, 石多奇, 黄佳
2013, 28(7): 1613-1617.
摘要 PDF(1162KB) icon1445 icon1040
摘要:
研究了定向凝固合金DZ125 U型平板缺口试样在850℃下的缺口疲劳行为,进行了理论应力集中因子分别为1.91,3.01和4.35下的疲劳试验,原位观察了疲劳裂纹的萌生位置和扩展方向,并进行了疲劳寿命分析和裂纹萌生与扩展分析.结果表明:理论应力集中因子关联缺口疲劳寿命.随着名义应力的增加,缺口疲劳寿命对理论应力集中因子更敏感,而在低应力范围内,正好相反.通过原位观测技术,试验中还发现缺口疲劳裂纹的萌生和扩展并没有在最大轴向应力的缺口根部,而是缺口附近最大主应力位置.
轮盘端面齿连接的周向拉杆转子刚度研究
李浦, 袁奇, 高进, 谈芦益, 李一峰, 刘华峰
2013, 28(7): 1618-1623.
摘要 PDF(1232KB) icon2320 icon1958
摘要:
针对轮盘端面齿连接的周向拉杆转子模型,理论分析得到转子各组成部分刚度计算方法.应用商业有限元软件ANSYS,基于三维有限元非线性接触算法计算预紧力下轮盘端面齿连接段的弯曲刚度和扭转刚度,得到刚度修正系数和刚度无量纲系数.分析周向拉杆刚度和轮盘刚度的关系,提出拉杆刚度比例系数.计算结果表明:刚度系数无量纲系数小于1时,刚度修正系数保持不变;刚度无量纲系数大于1时,此时预紧力不足,齿面发生滑移,刚度修正系数会突然降低,拉杆弯曲刚度比例系数会增加.刚度无量纲系数具有明确的物理意义,可为带端面齿的燃气轮机转子设计和故障诊断提供参考.
动力传输
球轴承多体接触动力学研究
姚廷强, 王立华, 迟毅林, 黄亚宇
2013, 28(7): 1624-1636.
摘要 PDF(3943KB) icon1200 icon1335
摘要:
考虑钢球、套圈和保持架的动态接触关系,提出了机械系统中球轴承多体动力学分析的新方法.基于套圈滚道的三角网格模型,实现了钢球和套圈滚道的动态接触力的预测搜索算法,建立了计及润滑和Hertz接触作用的三维角接触球轴承多体接触动力学模型.运用广义-α方法计算分析了预紧力和旋转径向力作用下角接触球轴承的多体接触动力学特性,获得了球轴承的动态接触力、拖动力和运动轨迹及频谱等振动响应,并利用Gupta经典实例模型进行了实验验证.轻载中等速度下钢球的角速度以184.5rad/s-2波幅周期变化,旋滚比以0.01波幅周期变化,角加速度与动态接触载荷的频谱具有相同的56.1,112.2Hz等谐波倍频成分.中等载荷高速下保持架中心的运动轨迹呈现出以83.3Hz和200Hz双频率拟周期的平动运动.
基于承载传动误差幅值最小的斜齿轮齿面修形优化设计
蒋进科, 方宗德, 苏进展
2013, 28(7): 1637-1643.
摘要 PDF(1573KB) icon1617 icon1164
摘要:
为了减小振动与噪声,提出了以承载传动误差幅值最小为优化目标的修形齿面设计方法:通过两段曲线与一段直线分别设计齿廓、齿向、三维修形(齿廓与齿向修形的叠加)修形曲线,通过三次B样条拟合了相应的修形曲面,与理论齿面叠加构造了斜齿轮修形齿面,推导了其法矢,将斜齿轮修形技术与承载接触分析技术结合起来,采用遗传算法对修形曲线参数进行优化,编制了一套齿面修形优化分析程序,能对修形后的斜齿轮副进行齿面接触分析(TCA)、承载接触分析(LTCA).结果表明:无修形齿轮副的传动误差幅值随载荷增加而增大,修形后随载荷的增加重合度逐渐增大,幅值会产生波动,然后保持稳定,为斜齿轮修形齿面优化设计提供了新的方法.
齿向分段抛物线修形对渐开线花键副微动磨损参数的影响
胡正根, 朱如鹏, 靳广虎, 倪德
2013, 28(7): 1644-1649.
摘要 PDF(1446KB) icon1749 icon1124
摘要:
提出渐开线花键副齿向修形的分段抛物线函数,得到齿向修形渐开线花键副的几何模型.使用有限元方法对典型渐开线花键副进行微动摩擦接触分析,得到修形和未修形渐开线花键副的接触应力及相对滑移分布,并考虑修形位置和修形量对齿向修形渐开线花键副微动磨损参数的影响.研究结果表明:分段抛物线函数能满足渐开线花键副的齿向修形要求,修形曲线过渡平滑;齿向修形能有效地减少齿面端部接触应力和相对滑移的集中;典型模型下,修形位置集中在外花键端部和后半段时效果较好;端部修形量应根据模型合理选择, 一般外花键后端的修形量相对前端较大.
自动控制
直升机/发动机系统综合控制半物理仿真
张海波, 叶飞, 李永进, 陈国强
2013, 28(7): 1650-1658.
摘要 PDF(1865KB) icon1438 icon1549
摘要:
基于直升机/发动机系统综合控制半物理仿真试验平台,针对直升机/发动机系统综合模型和综合控制算法进行数字与半物理仿真试验研究.提出了一种串级PID(proportional integration differential)+扭矩前馈+总距补偿的系统抗扰控制算法,并提出了基于机载简化发动机模型的多模式综合实时优化控制算法.试验结果表明:所建立的 直升机/发动机系统综合开闭环模型能够模拟发动机从起动到慢车再到直升机飞行的整个过程,自由涡轮转速超调量和下垂量均在4%以内,在不同飞行条件下,动静态品质均满足设计要求.本文还进行了综合系统多模式优化技术的半物理仿真,结果表明所设计综合控制律的良好工程应用前景.
基于二代小波的轨迹优化节点自适应加密
丰志伟, 张青斌, 唐乾刚, 张永合
2013, 28(7): 1659-1665.
摘要 PDF(1335KB) icon1433 icon975
摘要:
针对采用直接法求解轨迹优化问题中精度和效率之间的矛盾,提出了基于二代小波轨迹优化节点自适应加密.采用RK(Runge-Kutta)离散方法将原轨迹优化问题转化为非线性规划问题,并采用成熟的非线性规划算法求解.对控制或状态函数进行小波变换得到小波系数,基于小波系数和二分节点的对应关系,根据小波系数的幅值确定下一个迭代步所使用的节点并进行序列优化.算例结果表明:通过设置合适的小波系数阀值,采用较少的时间离散节点即可使优化结果达到预定的精度.与高斯伪谱法软件相比,节点个数大约减少10%,最优指标的精度大约提高1个数量级.
安全性 适航
航空发动机寿命限制件工作边界系统级分析模型
丁水汀, 邱天
2013, 28(7): 1666-1674.
摘要 PDF(1575KB) icon1367 icon1028
摘要:
针对提高航空发动机系统安全性的迫切需求,以发动机本质特征和探索性研究成果为依据,分析了寿命限制件工作边界系统级分析模型(systematic model for engine life limited parts operating boundary analysis,SMELLIPOBA)的必要属性及各属性对应的技术基础,总结了相关技术基础领域的研究进展,介绍了SMELLIPOBA的发展现状,展望了这一领域未来研究方向.得出如下结论:满足适航性设计需求的SMELLIPOBA需具备耦合性、动态性、不确定性、学科交叉、多尺度等属性,未来SMELLIPOBA的发展仍将以上述属性为主线.
火箭发动机
双燃烧室冲压发动机直连式实验与数值仿真
谭建国, 吴继平, 王振国
2013, 28(7): 1675-1680.
摘要 PDF(1250KB) icon1443 icon993
摘要:
通过直连式实验和数值仿真,对双燃烧室冲压发动机的流场结构和性能进行了研究.数值仿真采用了半全局多步化学反应机理,计算的压力分布和实验结果基本一致,计算结果表明:中心高温富油燃气与边区空气在混合层内快速反应,热力喉道出现在约0.9m处,出口处的燃烧效率达到了较高水平.提出了结合直连式实验和数值计算的性能估算方法,结果表明:双燃烧室发动机在马赫数为4,高度为17km状态时具有较高的性能,当燃油当量比为0.9时,发动机内推力为8.3kN,内推力比冲为12.29kN·s/kg,更高的燃油当量比将导致超燃进气道不起动.

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