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2016年  第31卷  第2期

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结构、强度、振动
低周疲劳预损伤对TA11合金高周疲劳强度的影响
石多奇, 骆银银, 赵鹏涛, 于慧臣, 杨晓光
2016, 31(2): 257-265. doi: 10.13224/j.cnki.jasp.2016.02.001
摘要 PDF(990KB) icon1131 icon517
摘要:
试验研究了预先经历一定次数的低周疲劳(low cycle fatigue, LCF)对TA11合金高周疲劳(high cycle fatigue,HCF)强度的影响.考虑了LCF试验中循环最大应力、应力比和寿命比例等主要参数,根据步进法,利用旋转弯曲疲劳试验,研究了LCF预损伤对标准试件HCF强度的影响规律.结果表明:当循环最大应力为900MPa时,LCF载荷中靠前的循环产生的塑性应变大,因此加载较少的LCF预损伤也会降低该合金HCF强度;不同应力比的LCF预损伤都会降低HCF强度;当LCF预损伤的最大应力远小于材料的屈服强度时,LCF预损伤对HCF强度的影响较小,而当LCF预损伤的最大应力接近或大于材料的屈服强度时,则必须考虑LCF预损伤对TA11合金HCF强度的影响.
高温合金IN718上气膜冷却孔电火花加工试验
郭永丰, 张国伟, 王力, 郭本生
2016, 31(2): 266-273. doi: 10.13224/j.cnki.jasp.2016.02.002
摘要 PDF(772KB) icon1028 icon506
摘要:
针对高温合金IN718上ø0.5mm气膜冷却孔的加工,采用煤油中旋转电极内冲液电火花成型加工方法,利用正交试验设计方法对试验进行设计分析,分析峰值电流、脉宽、占空比和冲液压强4个因素对材料去除率和电极相对损耗的影响,基于正交试验结果建立综合评分公式,选择最优加工参数.研究结果表明,峰值电流对材料去除率的影响最明显, 其次为冲液压强和占空比,脉宽对材料去除率的影响很小;峰值电流对电极相对损耗的影响最明显,其次为冲液压强,占空比和脉宽对电极相对损耗的影响很小;最优的加工参数峰值电流为8A、脉宽为130μs、占空比为0.35、冲液压强为5MPa,对该参数进行加工试验研究,与分析结果一致.
航空发动机承力系统结构效率评估方法
马艳红, 曹冲, 李鑫, 洪杰
2016, 31(2): 274-281. doi: 10.13224/j.cnki.jasp.2016.02.003
摘要 PDF(787KB) icon1338 icon519
摘要:
针对航空发动机承力系统结构与力学特征,结合承力系统结构功能和设计要求,提出了承力系统的结构效率评估方法.通过应力分布系数、等效比刚度、刚度温度敏感度、振动位移传递系数等参数来评估结构的承载能力、抗变形能力、力学环境适应能力.以涡桨发动机涡轮级间承力框架的两种结构设计方案为对象,进行了结构效率的评估.结果表明:方案A结构效率比方案B高 39.6%,所选各结构效率评估参数均位于合理水平,能够定量反映出两方案的结构设计特点与优劣所在,验证了该评估方法的有效性.
带气膜阻尼结构振动特性的理论研究
张大义, 何易峰, 陈璐璐, 马艳红, 洪杰
2016, 31(2): 282-288. doi: 10.13224/j.cnki.jasp.2016.02.004
摘要 PDF(792KB) icon1131 icon517
摘要:
针对航空发动机气膜阻尼的结构设计需求,基于挤压间隙流理论和能量方程建立气膜阻尼的力学模型,由此获得气膜阻尼结构的等效刚度系数和等效阻尼系数,通过振动方程的理论推导获得放大因子的表达式.结果表明:气腔厚度、气腔初始压强、吸振薄板模态频率和安装位置是影响减振效果的关键参数.气腔最优厚度主要由附面层厚度和实际振动频率决定,需结合实际情况确定气腔厚度,以最大程度降低振动响应;气腔初始压强越高,阻尼系数越大;吸振薄板的固有频率应尽可能与叶片本体接近,并且安装在本体振动响应最大位置,以取得最好的减振效果.
单晶涡轮叶片三维晶体取向相关性能分析及优化
高靖云, 方磊, 张成成, 任远, 李颖
2016, 31(2): 289-298. doi: 10.13224/j.cnki.jasp.2016.02.005
摘要 PDF(962KB) icon1192 icon508
摘要:
采用单晶正交各向异性弹性本构关系,分析了三维晶体取向对单晶涡轮叶片应力分布、蠕变寿命、低周疲劳寿命及叶尖径向位移的影响.结果表明,三维晶体取向对单晶叶片上述性能存在显著影响,且3个取向角之间相互耦合,偏差角对叶片性能的影响随着随机角的方位而变化,随机角对叶片性能的影响也随着偏差角的角度而不同.在此基础上,应用ISIGHT构建了单晶叶片全三维取向优化平台,以蠕变寿命、低周疲劳寿命及叶尖最大径向位移为优化目标,采用邻域培植多目标遗传算法进行了叶片三维取向优化,所得Pareto解聚集在偏差角12°的区域内.选择寿命最长的Pareto解作为最优解,相对于初始强度计算点,蠕变寿命提高6倍,低周疲劳寿命提高37倍,叶尖最大径向位移减小2.5%.
一种单晶涡轮叶片热机械疲劳寿命评估方法
荆甫雷, 王荣桥, 胡殿印
2016, 31(2): 299-306. doi: 10.13224/j.cnki.jasp.2016.02.006
摘要 PDF(977KB) icon1257 icon546
摘要:
针对单晶涡轮叶片热机械疲劳(TMF)问题,围绕单晶涡轮叶片TMF试验,结合单晶变形、损伤理论及数值模拟,建立了一套单晶涡轮叶片TMF寿命评估方法.利用空心气冷涡轮叶片TMF试验系统,对单晶涡轮片考核截面在服役条件下所产生的交变应力场和交变温度场进行模拟,确定了裂纹萌生部位及其TMF寿命.考虑单晶涡轮叶片变形和损伤行为的特征,分别建立了基于滑移系的Walker黏塑性本构模型和基于临界平面的循环损伤累积(CDA)模型.利用上述本构和寿命模型,完成了单晶涡轮叶片TMF试验的数值模拟.结果表明:叶片理论危险点与试验结果一致,且计算寿命基本落在试验寿命的3倍分散带内.
双盘悬臂转子的不平衡-定点碰摩耦合故障研究
杨洋, 曹登庆, 王德友, 姜广义
2016, 31(2): 307-316. doi: 10.13224/j.cnki.jasp.2016.02.007
摘要 PDF(1066KB) icon1074 icon524
摘要:
以双盘悬臂转子系统为研究对象,建立了含不平衡-定点碰摩耦合故障的动力学模型.在耦合模型中,定点碰摩的碰摩力采用非线性滞回力模型来表征.在数值仿真过程中,采用线性插值法确定碰摩发生瞬时.利用数值仿真的结果分析机匣凸点材料的软、硬特性,凸点的凸出程度对转子碰摩响应的影响.结果表明:当凸点的材料较硬时,转子系统在较低的转速便会产生拟周期运动;对于较为尖锐的凸点,系统响应会表现出周期、拟周期等丰富的非线性动力学现象;转/静子间隙过小时,系统将在较宽的转速区间内产生复杂的非线性振动.
基于应变路径非比例度的多轴疲劳寿命预测
钟波, 王延荣, 魏大盛, 杨珑
2016, 31(2): 317-322. doi: 10.13224/j.cnki.jasp.2016.02.008
摘要 PDF(745KB) icon1149 icon511
摘要:
在分析多轴疲劳几种常用非比例度定义的基础上,提出了一种非比例度定义方法,进而以American Society of Mechanical Engineers(ASME) 规范案例中非比例加载多轴疲劳设计准则采用的应变参量作为基本损伤参量,发展了一种新的多轴疲劳寿命预测模型.结果表明:①所提出的非比例度定义可以描述任意已知轮廓的、非周期的、变幅的非比例加载路径;②与两种常用的多轴非比例加载疲劳寿命模型的预测结果对比可知,新的寿命预测模型对14种比例和非比例加载路径下304不锈钢材料的寿命预测与试验吻合更好,预测结果基本位于2倍分散带以内.
直升机主减机匣结构振动噪声分析与优化
张琳, 李书, 张韬
2016, 31(2): 323-329. doi: 10.13224/j.cnki.jasp.2016.02.009
摘要 PDF(870KB) icon1201 icon524
摘要:
针对直升机主减速器机匣的振动噪声问题,对机匣进行基于频率响应和模态贡献量的结构动力学特性分析,给出机匣的振动特性,并确定对结构振动特性起主要影响的模态.利用间接边界元与有限元相结合的方法,应用基于结构面板声功率贡献量的分析方法,进行结构噪声功率分析和结构噪声功率面板贡献量分析,给出机匣的声学辐射特性,找出相应激励频率下对结构噪声功率贡献量最大的面板.以该面板为设计域进行结构拓扑优化,并根据优化结果合理布置加强筋,以提高结构刚度,达减振降噪的目的.结果表明:结构速度频率响应峰值下降了36%,减振效果良好,结构声功率级有了明显的降低,其中声功率级峰值下降了5dB,降噪效果良好,为直升机主减机匣提供了一种可行的减振降噪方法.
基于信息融合的系统可靠性优化试验设计模型
张安扬, 刘琦
2016, 31(2): 330-336. doi: 10.13224/j.cnki.jasp.2016.02.010
摘要 PDF(704KB) icon1041 icon493
摘要:
分析了现今可靠性试验设计的不足,考虑两类风险(弃真风险、采伪风险)建立了基于信息融合的可靠性优化试验设计模型(ORTIF, optimization reliability test design modeling based on information fusion).分析了可靠性试验设计的需求、约束条件,基于子系统和系统验前分布是Beta分布,提出了可靠性系统中子系统层与系统层之间的信息融合技术.根据验后风险准则,给出弃真和采伪风险的定义.基于Matlab软件给出了最优试验方案数值计算的求解步骤.最后以液态火箭发动机为例,求解出满足约束条件的最优试验方案为(9,5,10,6,1),对应的最小试验费用为3326.9,并得出权值方案对试验方案的确定影响较大的结论.
燃烧、传热、传质
风兜面积对气冷喷油杆性能影响的数值研究
刘友宏, 王晓博
2016, 31(2): 337-344. doi: 10.13224/j.cnki.jasp.2016.02.011
摘要 PDF(906KB) icon1024 icon508
摘要:
以某型涡扇发动机加力燃烧室气冷喷油杆为研究对象,在梯形截面的风兜下底和高度不变的情况下,通过改变上底长度得到一系列不同风兜面积的几何模型,综合考虑外流场对气冷喷油杆内部流动和换热特性的影响,对其在巡航状态下进行了流/热/固耦合三维数值模拟研究,获得了不同风兜面积对气冷喷油杆引气率、冷却空气喷口流量分布、壁面平均冷却效果、壁面最高温度的影响规律.结果表明:引气率随风兜面积增大线性增大;喷油嘴凸台周围冷却空气喷口的流量沿气冷喷油杆内冷却空气流向呈二次曲线规律变化,且随风兜面积增大分布趋于均匀;随风兜面积增大,喷油杆、隔热套壁面平均冷却效果线性增大,壁面最高温度降低;有效抑制内涵高温燃气倒灌进入隔热套是避免喷油杆局部高温的关键.
航空发动机安全边界与“即用性”燃料认证方法
杨晓奕, 丁水汀
2016, 31(2): 345-349. doi: 10.13224/j.cnki.jasp.2016.02.012
摘要 PDF(681KB) icon1102 icon502
摘要:
在航空替代燃料缺乏足够飞行数据,几乎不可能通过有限发动机和飞行实验来评价其安全特性状况下,研究开发了一种简便却可保证适航安全性的方法来研究航空替代燃料的安全性能.“即用性”航空替代燃料被认为是发动机更换最频繁的部件,从而采用相似类比、使用经验方法来验证“即用性”燃料的适航符合性.以航空煤油实际使用经验为基准,提炼燃料性能、燃料系统、燃烧性能、发动机性能、飞机性能5个层次上参数化描述的安全边界,与通过航空替代燃料在5个层次上得到的工作边界进行相似类比,从而预测发动机使用替代燃料的安全性.该方法提炼了替代燃料在发动机安全性上的判定准则,还降低了认证流程的燃料成本和时间成本.
大气及地面红外辐射对高空飞机长波低发射率红外隐身效果的影响
黄伟, 吉洪湖, 卢浩浩
2016, 31(2): 350-359. doi: 10.13224/j.cnki.jasp.2016.02.013
摘要 PDF(1021KB) icon995 icon511
摘要:
计算分析了蒙皮反射的大气及地面红外辐射对高空飞机采用低发射率材料的红外隐身效果的影响.蒙皮温度采用恢复温度,红外辐射采用反向蒙特卡罗法计算.考虑了夏季和冬季两种典型大气和地面条件,亚声速巡航和超声速巡航两种飞行状态.结果表明:蒙皮对背景红外辐射的反射使得低发射率材料对飞机红外辐射强度的抑制效率降低1.5%~6%;考虑反射的背景红外辐射时,探测距离增加20%~70%;背景红外辐射对低速飞机的红外辐射影响较大,且夏季比冬季更明显;当飞行速度较低时,降低飞机上表面发射率,当飞行速度较高时,降低飞机全部表面的发射率,可获得更好的红外隐身效果.
高旋转数下带肋回转通道的换热特性
张洪, 田淑青, 邓宏武, 李洋
2016, 31(2): 360-368. doi: 10.13224/j.cnki.jasp.2016.02.014
摘要 PDF(1201KB) icon933 icon518
摘要:
为匹配真实发动机转子叶片的工作条件,将实验回转通道气体压力提高到500kPa以上,使雷诺数和旋转数范围分别扩展到10000~70000和0~2.08.在此基础上通过实验方法研究了高旋转数下带45°倾角斜肋的方形截面回转通道的换热特性.结果表明:回转通道的第1通道前缘面传热系数随旋转数的增大先减小,在达到临界旋转数后换热随旋转数增大而增强;低旋转数下,回转通道的第2通道前后缘面换热差异较小,随着旋转数的增大,前缘面换热始终强于后缘面,这种换热特性与光滑通道完全不同.
爆震燃气轮机的变比热容热力循环性能
李晓丰, 肖俊峰, 王玮, 王峰, 危师让, 郑龙席
2016, 31(2): 369-376. doi: 10.13224/j.cnki.jasp.2016.02.015
摘要 PDF(882KB) icon939 icon493
摘要:
为分析变比热容下爆震燃气轮机的热力循环性能,建立了考虑比热容随工质成分及温度变化的爆震燃气轮机热力循环模型,分析中同时考虑了压气机、燃烧室、透平等部件的效率.在不同比较条件下,利用变比热容法对比分析研究了燃气轮机爆震循环(DCGT)、Brayton循环和Humphrey循环燃气轮机的热力循环性能.计算结果表明:与Brayton循环相比,DCGT具有较大性能优势;在透平前温度为1620K且压比为16.5时,DCGT热效率较Brayton循环高28.8%;在无量纲吸热量为4.25且压比为16.5时,DCGT热效率则较Brayton循环高30.7%.
超声速气流中的斜激波诱导自点火
席文雄, 孙明波, 李庆
2016, 31(2): 377-382. doi: 10.13224/j.cnki.jasp.2016.02.016
摘要 PDF(881KB) icon1030 icon488
摘要:
在来流马赫数为2.5的条件下对氢气和乙烯燃料的斜激波诱导自点火过程进行了试验研究.采用纹影和高速摄影获得了自点火初始火核的形成和发展过程.试验考察了不同的来流总温、喷注条件、凹腔长度、斜激波强度等因素对自点火过程和点火边界的影响.研究结果表明:入射斜激波能够提高气流的局部参数起到强化自点火的作用.凹腔内形成的低速回流区有助于初始火核形成后的火核逆流传播,并起到防止初始火核因气流振荡而吹脱的稳定源作用.增加喷注压力、增加凹腔长度、提高来流总温有助于自点火的发生.
突肩叶尖尾缘开槽对间隙流动换热特性的影响
成锋娜, 常海萍, 张镜洋, 田兴江, 杜治能
2016, 31(2): 383-390. doi: 10.13224/j.cnki.jasp.2016.02.017
摘要 PDF(985KB) icon872 icon471
摘要:
通过数值计算对带有尾缘开槽结构的突肩叶尖间隙流场结构、泄漏流量、泄漏损失、表面传热系数进行了对比研究.研究结果显示:相比全突肩叶尖,吸力侧尾缘开槽突肩叶尖可以改变开槽附近泄漏流的流动路径,有效抑制其与主流的掺混.压力侧尾缘开槽和吸力侧尾缘开槽均会增加间隙泄漏流量.压力侧尾缘开槽突肩叶尖会增加间隙泄漏损失,开槽长度越大损失越大.研究范围内的吸力侧尾缘开槽均会减小间隙泄漏损失,但存在最佳开槽长度.压力侧和吸力侧尾缘开槽均会轻微地增加叶尖表面传热系数.
吸热型碳氢燃料RP-3替代模型研究
程泽源, 朱剑琴, 金钊
2016, 31(2): 391-398. doi: 10.13224/j.cnki.jasp.2016.02.018
摘要 PDF(947KB) icon1080 icon472
摘要:
利用广义对应态法则对吸热型碳氢燃料RP-3的5种替代模型的密度、黏度、导热系数和比定压热容进行了数值计算.计算温度变化范围为300~800K,压力变化范围为3~6MPa.结果表明:不同替代模型均能定性重现RP-3在拟临界温度附近的物性急剧变化;由53%正十一烷,18%正丁基环己烷,29%1,3,5-三甲基苯组成的3组分替代模型在预测RP-3物性上表现最优,相对于实验数据,300~700K内密度相对误差均小于0.08;替代模型的相对分子质量越大,预测的拟临界温度越高,对拟临界温度下物性值的影响无显著规律.
气动热力学与总体设计
旋翼桨叶结冰对直升机飞行性能的影响
徐玉貌, 吕少杰, 曹义华, 陈瑞
2016, 31(2): 399-404. doi: 10.13224/j.cnki.jasp.2016.02.019
摘要 PDF(823KB) icon1026 icon483
摘要:
采用由翼型冰风洞试验推导而来的工程公式,将旋翼结冰模型嵌入离散格式的旋翼气动模型,分别计算结冰后每个桨盘网格区域的翼型升、阻力系数的增量和挥舞系数的增量,建立了结冰后的UH-60A直升机飞行力学模型.结合发动机功率数据,通过改变结冰条件,研究了不同结冰参数对最大平飞速度、最大垂直爬升率和最大爬升率的影响.结果表明:在环境温度为0~-10℃时,降低环境温度会严重降低飞行性能;液态水含量对所选性能指标有一定影响;水滴直径对最大平飞速度的影响较小,对爬升性能的影响可忽略不计;飞行性能指标随结冰时间呈线性下降趋势.
某型弹用发动机火药吹转模拟试验
朱榕川, 刘志刚, 顾杨, 代国志, 贺元
2016, 31(2): 405-412. doi: 10.13224/j.cnki.jasp.2016.02.020
摘要 PDF(1378KB) icon969 icon475
摘要:
针对某型弹用发动机火药起动试验件起动试验要求,通过静态烟火试验数据确定火药起动模拟试验设备技术指标,在试验台上进行了高压冷吹和真实火药热吹起动试验,获取了两类试验下模拟转子的起动特性.试验结果表明:通过静态烟火试验和高压冷吹测得不同压力下空气流量、转速数据可以拟合出相关关系式,通过关系式能够预估燃气发生器所用火药量在热吹试验中转子可能最大转速,最后通过0.8kg真实火药热吹试验获取的最高转速与换算压力状态下的冷吹最高转速仅相差116r/min,进一步验证了试验和预估方法的有效性和准确性,可以减少或取消不同装药量火药在模拟转子上的吹转试验,减低在发动机上的试验安全风险,为在发动机上的应用奠定基础.
复合式直升机过渡飞行功率特性
曹飞, 陈铭, 田力, 邓阳平
2016, 31(2): 413-420. doi: 10.13224/j.cnki.jasp.2016.02.021
摘要 PDF(760KB) icon1014 icon468
摘要:
为研究复合式直升机其特殊飞行方式下的动力系统功率分配问题,建立了由气动部件和机械传动部件数学模型组成的复合式直升机性能综合计算模型.通过对其飞行条件进行约束,建立了该种飞行器的过渡飞行边界,并对边界内不同过渡路线下的功率进行计算,分析了气动部件和传动部件对复合式直升机过渡飞行过程中的功率影响,并通过地面试验模拟该飞行方式下的功率使用状况对计算模型进行数据验证,结果表明虽然计算值与试验值存在6%的误差,但比传统性能计算方法精度提高了4%.通过该方法可建立一种更为有效的复合式直升机性能计算方法.
倾转旋翼典型飞行状态气动特性的CFD分析
李鹏, 招启军
2016, 31(2): 421-431. doi: 10.13224/j.cnki.jasp.2016.02.022
摘要 PDF(1276KB) icon995 icon458
摘要:
针对倾转旋翼特有的悬停、巡航、过渡3种飞行模式,基于CFD方法分别对倾转旋翼的上述3种典型飞行状态进行了数值模拟.首先,基于运动嵌套网格思想建立了适合倾转旋翼运动模拟的多层运动嵌套网格系统.然后,基于RANS(Reynolds averaged Navier-Stokes)方程建立了适用于非定常流场分析的CFD模拟方法.为了提高整个流场的计算效率,时间推进采用高效的隐式LU-SGS(lower upper symmetric Gauss Seidel)方法,并运用SPMD(single program multiple data)并行计算模式.最后,采用所建立的网格生成方法和流场求解器,进行了不同飞行状态下的倾转旋翼气动特性数值分析,验证了建立CFD方法的有效性并得出了多种飞行状态下的气动特性.结果表明:悬停状态下倾转旋翼相对于直升机旋翼有更加明显的下洗流影响区域.巡航状态两旋翼中心间距为2.5R时,倾转旋翼之间存在明显的气动干扰.过渡状态下,倾转旋翼提供的拉力在倾转角为45°前下降较快,且在倾转角较小时,倾转旋翼桨叶表面拉力分布仍能表现出直升机旋翼的特性.
Effects of synthetic jet frequency on the separated flow in a diffusing S-duct
HE Peng, DONG Jin-zhong
2016, 31(2): 432-442. doi: 10.13224/j.cnki.jasp.2016.02.023
摘要 PDF(1045KB) icon846 icon452
摘要:
Numerical simulations were carried out to investigate the effects of synthetic jet actuation frequency on the separated flow in a diffusing S-duct. The Reynolds number based on the entrance height was 9.78×105. At first, the numerical model was validated with experimental data, and then, the interaction between the separated flow and the synthetic jets at different frequencies was discussed. The results demonstrate that the control effect is significantly dependent on the momentum mixing enhancement between inside of the separated boundary layer and the outer flow. There exists a narrow range of actuation frequency, in which effective separation control can be achieved using synthetic jets. A dimensionless frequency F+=1.0 is identified as the optimal frequency, with a momentum coefficient of 1.62×10-3, the separation area is reduced about 46%, and the aerodynamic performance of the S-duct is also greatly improved compared to uncontrolled case. Further analysis reveals that the choice of actuation frequency is mainly determined by the momentum flux produced by a single ejection and the spacing between adjacent ejections, the optimal frequency case can be understood as a balance between the two factors. In addition, it is found that the synthetic jets can also suppress the secondary flows while decreasing the separation.
高超声速压缩拐角湍流计算的收敛性分析
夏陈超, 赵文文, 陈丽华, 陈伟芳
2016, 31(2): 443-450. doi: 10.13224/j.cnki.jasp.2016.02.024
摘要 PDF(830KB) icon1015 icon467
摘要:
应用基于shear stress transport(SST)湍流模型的隐式紧耦合方法对高超声速压缩拐角流动进行了数值计算.考察了差分格式、限制器以及湍流时间步长等7个因素对湍流计算过程稳定性和收敛性的影响.结果表明:差分格式和限制器对收敛性有很大影响,总体而言耗散性越大的差分格式和限制器收敛性越好;增加湍流时间步长对收敛性影响很小;适当降低湍流变量最低限制值有利于湍流方程的收敛;增大Courant-Friedrichs-Lewy(CFL)数和隐式内迭代次数可显著加速收敛,但均存在最优值,超过最优值则加速效果不明显.
火箭发动机
吸热型碳氢燃料与高温合金相容性研究
张忠利, 李斌, 张蒙正, 周立新
2016, 31(2): 451-458. doi: 10.13224/j.cnki.jasp.2016.02.025
摘要 PDF(848KB) icon942 icon438
摘要:
论证了吸热型碳氢燃料与高温合金相容性研究过程,设计了燃油与高温合金联合加热装置,测试了非钝化和钝化状态的GH625试件和GH3128试件在壁温为500~850℃时、经过燃油压力为3.5MPa、燃油温度为450~500℃、流速为1~5m/s浸渍后的力学性能和金相组织.试验结果表明:在燃料温度为500℃、试件温度为850℃时,GH3128试件结焦量少于GH625试件,GH3128试件的塑性应力下降40%、GH625试件的塑性应力下降60%.燃油浸渍时高温合金钝化后结焦量明显减少.
进气道内压缩比对固体燃料超燃冲压发动机性能的影响
李彪, 魏志军, 迟鸿伟, 王宁飞
2016, 31(2): 459-466. doi: 10.13224/j.cnki.jasp.2016.02.026
摘要 PDF(715KB) icon995 icon478
摘要:
为研究固体燃料超燃冲压发动机进气道与燃烧室的匹配特性,以飞行马赫数为6、飞行高度为25km为设计点对发动机各部件进行初步设计,采用数值模拟方法计算了一系列具有不同进气道内收缩比的发动机模型.结果表明:在保持燃烧室结构不变的条件下,发动机推力与比冲随进气道内压缩比增大开始显著下降,随后小幅上升;在保持燃烧室入口面积扩张比不变的条件下,发动机总体性能随进气道内收缩比的增大而提高.在满足进气道起动与燃烧室火焰稳定的前提下,发动机设计应采用尽可能大的进气道内收缩比与尽可能小的燃烧室入口面积扩张比.
SVM在气体减压器稳定性能中的应用
孙士元, 王拥军, 陈阳, 王宝山, 陈经禄
2016, 31(2): 467-476. doi: 10.13224/j.cnki.jasp.2016.02.027
摘要 PDF(1139KB) icon1202 icon472
摘要:
使用支持向量机(SVM)研究涡轮气封减压试验系统中高压卸荷膜片式减压器的稳定性问题,主要集中于以往方法不易涉及的多结构参数变化.针对稀疏易有残缺的小样本空间,与BP(back propagation)神经网络模型进行对比,得出SVM方法在所研究数据集上的一些结论:SVM模型预测性能在多结构参数变化情形下优于BP神经网络模型,预测误差平均降低了25.5%;SVM的泛化性好于BP;在双参数、三参数情形下,SVM模型为气体减压器的设计提供了更好的决策支持,给出了优化结构参数的设计建议.
自动控制
一种基于FPGA的航空发动机独立超转保护系统
蒋文亮, 陆千里, 于真, 朱银玉, 黄金泉
2016, 31(2): 477-483. doi: 10.13224/j.cnki.jasp.2016.02.028
摘要 PDF(784KB) icon1151 icon452
摘要:
针对航空发动机超转故障,提出一种基于现场可编程逻辑门阵列(FPGA)的独立超转保护系统.介绍了系统的总体设计方案、超转判断方法及故障诊断方式.该系统采用双双余度结构,通过线性分类器和时间窗内加权表决判断方法,提高超转保护功能可靠性.通过3层级机内自测试(BIT)监视静默失效,满足适航要求.硬件在回路仿真平台试验结果表明:该系统超转判断准确可靠,并能在连续判断超转后进入锁定保护状态,有效避免超转事故的发生.目前,研究成果已应用于某型发动机全权限数字控制(FADEC)系统中.
基于NN-ELM的航空发动机燃油系统执行机构故障诊断
姜洁, 李秋红, 张高钱, 李业波
2016, 31(2): 484-492. doi: 10.13224/j.cnki.jasp.2016.02.029
摘要 PDF(912KB) icon1050 icon429
摘要:
提出了一种航空发动机执行机构及其传感器单一故障诊断及定位方法.首先通过执行机构模型判断是否发生故障,然后运用发动机逆模型对故障进行定位.基于离线训练BP(back propagation)神经网络建立执行机构模型,根据某半物理仿真试验台的测试数据训练网络参数.提出离线训练和在线训练相结合的极端学习机(ELM)算法建立发动机逆模型,使网络在初始时刻就具有诊断能力,工作过程中具有适应能力,且在线训练过程采用阈值判别法筛选训练样本,减小了在线训练时间,提高了逆模型的实时性.以某型发动机燃油系统执行机构为例的设计和仿真结果表明:该诊断系统能够准确地对发动机在稳态和动态工况以及蜕化状态下的执行机构及其传感器单一故障进行准确诊断和定位,具有很好的实时性.
叶轮机械
涡发生器控制平板边界层分离的大涡模拟
胡昊, 李新凯, 戴丽萍, 王晓东, 康顺
2016, 31(2): 493-502. doi: 10.13224/j.cnki.jasp.2016.02.030
摘要 PDF(953KB) icon977 icon445
摘要:
为了研究涡发生器(VGs)间距λ对控制边界层分离效果的影响,选取了4种涡发生器间距,λ/H(H为涡发生器高度)分别为5,7,9,11.采用大涡模拟(LES)方法对带逆压梯度的平板边界层分离流动及VGs控制分离流动进行了数值模拟.分析了有无VGs控制时,湍流场中大尺度相干结构及其演化规律,分别从旋涡间距、边界层内流体动能、压差损失等方面考察了VGs间距对控制流动分离效果的影响.研究结果表明当λ/H为5时,VGs间距过小抑制了旋涡的展向发展,λ/H为9,11时,VGs间距过大边界层内流体动能偏低,当间距λ/H为7时流动控制效果更优,此时计算域压差损失最小,相比较无VGs控制时,压差损失降低了30.95%.
高空低雷诺数吸附式压气机叶型耦合优化设计
李俊, 刘波, 杨小东, 陆晓峰
2016, 31(2): 503-512. doi: 10.13224/j.cnki.jasp.2016.02.031
摘要 PDF(945KB) icon1075 icon445
摘要:
为了探究高空低雷诺数条件下吸附式叶型的气动设计特性,利用人工蜂群算法对低雷诺数吸附式叶型进行优化设计,该设计方法可以将叶型和抽吸方案进行耦合优化.并且对高空低雷诺数吸附式叶型耦合优化设计的必要性进行了论证.研究结果表明:在地面条件下设计的具有较好性能的吸附式叶型,在高空低雷诺数条件下,性能有可能会显著下降,针对高空低雷诺数条件的吸附式叶型设计有很大必要性;针对研究对象,在高空低雷诺数条件下优化设计后总压损失降低了32%,静压升提高了0.01,并且优化设计后在地面条件下的性能也略有提升;在高空低雷诺数条件下,适当地增加吸附式叶型前段的负荷,通过抽吸来控制层流分离泡的设计效果最为理想;优化后得到的最佳抽吸位置位于层流分离泡中心区域.

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