航空动力学报

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常新龙, 刘万雷, 张晓军, 张有宏

2017, 32(12): 2817-2823. doi: 10.13224/j.cnki.jasp.2017.12.001

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687

594

摘要:
针对缠绕复合材料壳体在内压作用下的破坏问题，基于连续损伤介质力学方法，建立了一种缠绕复合材料渐进损伤破坏分析模型。模型中考虑了纤维破坏、基体损伤和纤维/基体开裂3种破坏模式，并针对缠绕复合材料面内剪切非线性的实际，建立了面内剪切非线性模型。通过子程序UMAT将模型嵌入ABAQUS/Standard中，对含缺口缠绕复合材料试件拉伸过程进行了仿真计算，验证了模型的正确性。采用该模型对缠绕复合材料壳体的水压破坏过程进行了仿真分析，结果表明：内压作用下缠绕复合材料的最终破坏是由于纤维断裂导致的，且纤维破坏主要出现在环向层，基体破坏主要出现在纵向层。

航空发动机风扇叶片伸根段造型设计与优化

任远, 张成成, 高靖云, 李颖

2017, 32(12): 2824-2834. doi: 10.13224/j.cnki.jasp.2017.12.002

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597

665

摘要:
探索了航空发动机风扇叶片伸根段造型的优化设计方法,利用它在保持叶身气动设计不变的情况下使风扇叶片振动特性得到改善。建立了基于非均匀有理B样条NURBS (non-uniform rational B-spline)桥接曲线的伸根段造型方法,实现气动叶身与榫头侧面间的光滑连接；通过改变桥接曲线控制顶点的位置实现伸根段造型的参数化设计,并在相关假设条件的基础上提取了完全定义伸根段造型所需的8个设计变量；以风扇叶片共振裕度最大化作为伸根段设计目标,在径向基函数网络(RBFN)与粒子群(PSO)算法的基础上建立了伸根段造型优化设计流程,其原理是构造RBFN近似模型来逼近和预测风扇叶片共振裕度与伸根段设计变量间的隐式目标函数,在此基础上使用PSO算法搜索使共振裕度达到最大化的伸根段设计变量组合。结果表明：某大涵道比宽弦风扇叶片采用上述流程,通过优化伸根段造型使风扇叶片轴向一弯模态的自振频率得到提高,与转速3倍频激振间的共振裕度提高约2%。

θ参数法在涡轮盘蠕变变形分析中的应用

魏大盛, 陈妍妍, 李昆, 王延荣, 高靖云

2017, 32(12): 2835-2841. doi: 10.13224/j.cnki.jasp.2017.12.003

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699

596

摘要:
针对某直接时效ZSGH4169涡轮盘的蠕变变形展开研究,建立了16参数的θ参数法模型，对ZSGH4169高温合金在不同温度、不同载荷下的蠕变曲线进行了模拟；将该模型同有限元程序结合，开发了相应的用户子程序，并验证了子程序的计算能力及计算精度；将模型应用于涡轮盘的蠕变分析。结果表明：该模型能够准确模拟ZSGH4169在650℃及700℃下3个阶段的蠕变行为，与Norton率等传统模型相比，建模能力更强且精度更高，特别是能够开展变载、变温等复杂条件下蠕变的数值模拟。进而获得了涡轮盘盘心孔、盘缘螺栓孔两个危险位置处蠕变应变随时间的变化规律以及应力松弛曲线，其具有工程指导意义。

外物撞击航空发动机转子叶片速度估算

杨百愚, 柴桥, 李春旺, 李静, 武晓亮, 朱志雪

2017, 32(12): 2842-2847. doi: 10.13224/j.cnki.jasp.2017.12.004

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641

536

摘要:
以飞机进气道为参照系，利用动量定理推导了外物在飞机进气道内运动的速度方程；以叶片为参照系，建立了外物撞击速度及撞击角度的表达式。为直观显示不同因素对速度变化的影响，以某型飞机及其发动机为例，研究了飞机离地时，发动机100%设计转速下，外物在飞机进气道内运动速度的变化规律。结果表明：影响运动速度的因素不仅包括外物的材质、形状、大小及姿态，而且涉及飞机进气道长度、发动机工作状态等；外物撞击方向与叶片表面不垂直。

涡轮盘关键部位多圆弧设计及多变量优化

于洪飞, 赵巍, 付强, 王佰智

2017, 32(12): 2848-2854. doi: 10.13224/j.cnki.jasp.2017.12.005

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673

561

摘要:
为得到质量最低且满足设计准则要求的涡轮盘结构形式，研究了多圆弧过渡对涡轮盘关键部位应力的影响。提出了双圆弧和三圆弧结构设计方案并推导了几何关系，为过渡圆弧的改进与优化提供了理论上的支持。通过有限元计算，获得了多圆弧结构参数对涡轮盘应力的影响规律。基于ANSYS Workbench优化平台及参数化建模技术，筛选了优化设计变量，以涡轮盘总质量最小为优化目标，以等效应力为约束对涡轮盘关键部位进行了多变量优化。结果表明：经过优化设计，两个关键部位的最大应力分别降低662%和11.40%，涡轮盘的质量减小0.16%。本文的研究结果为涡轮盘的多圆弧设计和工程应用提供了有益参考。

涡轮轴断裂条件下的涡扇发动机性能建模

刘传凯, 李艳茹, 邱天, 丁水汀

2017, 32(12): 2855-2861. doi: 10.13224/j.cnki.jasp.2017.12.006

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708

628

摘要:
为了研究双轴混合排气涡扇发动机高压轴断裂失效后的动态性能，建立了轴断裂条件下涡扇发动机过渡态的共同工作方程，以及各部件考虑容积效应和气体惯性力的模型部件。在此基础上，分析了地面起飞状态和巡航状态下涡扇发动机高压轴断裂后发动机气路参数的瞬态响应规律和机理。研究表明：涡扇发动机高压轴断裂会在不超过05s的时间内导致压气机喘振、涡轮前温度超温、涡轮转速超转等继发性危害事件。在不同飞行状态下出现的轴断裂，上述事件发生的先后次序各不相同。尤其在地面起飞状态下，涡轮超转事件极可能先于压气机喘振现象而发生，012s内涡轮即可达到其破裂转速。这些都需要在航空发动机被动安全设计中给予足够的重视。

基于半马尔可夫模型的民用航空发动机热端组件系统检查间隔优化

陆晓华, 左洪福

2017, 32(12): 2862-2771. doi: 10.13224/j.cnki.jasp.2017.12.007

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657

540

摘要:
根据采集的民用航空发动机热端组件系统检修信息和专家对系统退化状态的判别，在系统状态退化过程为离散半马尔可夫链过程的假设前提下，分别建立了基于专家估计数据、基于检查数据以及基于融合数据的各宏观退化状态驻留时间估计模型，并应用最大似然函数法和MCMC（Markov chain Monte Carlo）法对模型参数进行估计，得到基于不同数据源的各宏观退化状态下驻留时间估计值和状态转移系数，并以一定使用周期内的检修费用最优为目标建立状态转移概率模型，仿真得到3个典型宏观退化状态下的最优检查间隔分别为1750、350、70循环。该仿真结果与目前的民航运行生产工程实际情况非常接近，可以为民航运输企业的检修决策提供客户化的决策支持并提高经济效益。

复合材料加筋壁板多点冲击损伤和高周剪切疲劳试验

张铁军, 李曙林, 常飞, 尹俊杰, 安涛

2017, 32(12): 2872-2879. doi: 10.13224/j.cnki.jasp.2017.12.008

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638

551

摘要:
为研究多点冲击损伤和高周剪切疲劳对复合材料加筋壁板损伤演化、屈曲行为及破坏模式的影响，制作了9块相同构型的复合材料加筋壁板，设计了冲击试验、高周剪切疲劳试验和剩余剪切强度试验。在多点冲击和高周剪切疲劳试验过程中，使用超声C扫描系统监测了损伤区域。C扫描图像表明损伤区域的长度和宽度随着循环次数的增加而增加。与无预制损伤试验件相比，多点冲击损伤和高周剪切疲劳试验件的平均破坏载荷下降了约50%。冲击或疲劳形成的初始损伤对破坏模式产生影响，冲击疲劳试验件出现了局部蒙皮屈曲变形，破坏裂纹非常接近冲击点。

压气机叶片复合疲劳试验系统的设计及疲劳寿命分析

张亚騤, 周瑞祥, 郭书祥, 尚柏林, 贾文铜

2017, 32(12): 2880-2887. doi: 10.13224/j.cnki.jasp.2017.12.009

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644

592

摘要:
为了模拟航空发动机工作典型状况,研究高低周复合疲劳对某型一级压气机叶片疲劳性能的影响,设计了高低周复合疲劳试验系统,进行了复合疲劳试验,振动试验及仿真分析；确定了叶片一阶振动频率为1530Hz,得出复合疲劳试验较纯低周加载缩短叶片寿命的作用高达586%。通过分析中值SN曲线和PSN曲线, SN曲线拟合系数高达099。通过对复合疲劳试验后的叶片断口进行分析,叶片断口的宏观和微观性状均出现了明显的疲劳源、高周扩展区、低周扩展区以及瞬断区,找到了叶片的断裂经历了高低周复合疲劳作用形成的明显特征区,最后说明了复合疲劳试验系统设计的合理性和可行性。

三维非平面裂纹扩展参数化模拟方法

李宇飞, 陶海亮, 高庆, 谭春青

2017, 32(12): 2888-2895. doi: 10.13224/j.cnki.jasp.2017.12.010

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636

537

摘要:
发展一种基于有限元方法（FEM）的自动模拟三维非平面裂纹扩展的模拟方法。该方法采用参数化建模的方式建立裂纹体,以镶嵌裂纹体的方式在结构中插入裂纹,然后通过有限元计算得到裂纹扩展参量,自动更新裂纹体从而模拟裂纹的扩展过程。通过模拟三个裂纹扩展算例,计算了裂纹扩展循环数,对比试验结果,误差分别为195%、161%、21%。结果表明:该方法能够模拟三维非平面裂纹的扩展并计算扩展寿命,具有一定的精度和适用性。

考虑接触热阻的非连续转子快速启动热分析

徐宁, 王庆超, 王震林, 刘占生

2017, 32(12): 2896-2902. doi: 10.13224/j.cnki.jasp.2017.12.011

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646

530

摘要:
针对燃气轮机转子非连续性的结构特点，通过考虑粗糙表面的接触热阻，建立了螺栓联接结构的热结构耦合分析模型。研究了快速启动过程中轮毂间接触面上的温度分布及最大应力的变化规律，并分析了表面粗糙度和预紧力等接触参数对接触面间的温度分布、拉紧力及最大应力的影响。结果表明：热冲击下粗糙表面间的接触热阻对接触面的温度分布及最大应力影响明显，接触参数对螺栓联结结构的温度场、应力场及热变形特性影响较大。研究成果可为燃气轮机转子设计、热致振动分析及故障诊断提供理论依据。

基于有限元法的输液管路稳定性可靠性研究

李占营, 王建军, 邱明星

2017, 32(12): 2903-2909. doi: 10.13224/j.cnki.jasp.2017.12.012

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654

558

摘要:
为分析航空发动机空间管路系统的稳定性可靠性问题，提出了一种采用有限元法和蒙特卡洛法相结合的分析方法。方法中采用有限元法建立空间管路系统流固耦合模型，定义了稳定性失稳的极限状态函数，采用蒙特卡洛法进行稳定性可靠度计算。典型工程算例的计算结果表明：给定流体流速的均值，发散失稳的概率随流体流速的变异系数可能增加或减小；给定流体流速的变异系数，随流体流速均值的增加，管路系统稳定性极限状态函数由服从连续概率密度函数变为服从混合概率密度函数。研究结果对于航空发动机输液管路的稳定性可靠性设计和评估具有参考价值。

径向冷却通道截面特征长度对气冷稳定器性能影响

刘友宏, 罗一夫

2017, 32(12): 2910-2918. doi: 10.13224/j.cnki.jasp.2017.12.013

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571

454

摘要:
通过研究径向冷却通道截面特征长度的改变对气冷稳定器的冷态流场、冷却性能及流动损失的影响，为其进一步的优化设计提供参考依据。采用经过实验验证的CFD方法，对某气冷稳定器进行了数值模拟研究，在所研究的特征长度范围内，结果表明：特征长度的增加，减少了径向冷却通道下部的进气阻力，使得风兜引气率增加了667%；下部出气孔出流由于受到回流涡的影响，出流量明显低于上部出气孔，特征长度的改变对出流量分布的影响不大；特征长度的增加会加强径向稳定器近环形稳定器处的外壁面冷却效果，但是会减弱径向稳定器近中心锥处的外壁面冷却效果；特征长度的增加，使得出口总压恢复系数下降了0.086%，沿程总压恢复系数曲线向下移动。

二冲程点燃式直喷重油发动机小负荷试验

魏民祥, 刘锐, 杨海青, 贝太学, 季昊成, 常诚

2017, 32(12): 2919-2926. doi: 10.13224/j.cnki.jasp.2017.12.014

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619

480

摘要:
利用燃用轻柴油的二冲程点燃式空气辅助缸内直喷发动机，进行了转速为3000r/min、节气门开度为10%与20%下的小负荷试验，研究了点火及喷油参数对发动机性能的影响。试验结果表明:当节气门开度较小时，采用上止点前30°~40°点火提前角，饱和点火能量，稀混合气（过量空气系数大于1.1）及适度提前混合物喷射结束时刻的策略能够充分改善发动机动力性和经济性。随着负荷增大，点火能量影响程度减小，采用适度推迟点火提前角，偏浓混合气（过量空气系数小于1.0）及提前喷射结束时刻策略，增加燃油蒸发时间来充分发挥发动机动力性能，而采用饱和点火能量，偏稀混合气（过量空气系数大于1.15）能够大幅度改善发动机经济性及HC/CO排放。

离散孔结构超声速气膜冷却数值模拟

孙冰, 王太平, 张佳

2017, 32(12): 2927-2933. doi: 10.13224/j.cnki.jasp.2017.12.015

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552

459

摘要:
为了得到气膜入口结构对气膜冷却效率的影响规律，并为工程应用提供参考，针对不同形状气膜入口结构的离散孔超声速气膜冷却展开了三维数值模拟。结果表明:气膜入口结构对气膜冷却效率影响明显，轴对称孔入口收敛段结构的流量系数直接影响冷却效果，计算工况下流量系数降低013下游冷却效率约降低005，应该防止收敛段剧烈收缩；同时，离散孔扩张段面积变化速率越小越有利于冷却，变化过快会使得冷却剂得不到充分发展，垂直主流方向的速度分量大，使得气膜往两侧流动而中心区域冷却效果变差；在非轴对称离散孔出口增加平直段能使射流更集中，可以有效防止气膜在上游被穿透造成冷却恶化现象。

碱金属工质在基于毛细泵回路的多孔芯蒸发器内的热质传输特性

吴双应, 郑小峰, 肖兰

2017, 32(12): 2934-2940. doi: 10.13224/j.cnki.jasp.2017.12.016

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578

448

摘要:
以基于毛细泵回路(CPL)原理的多孔芯蒸发器为研究对象，耦合多孔芯、蒸汽槽道和蒸发器壳体等多个部件，通过数值模拟的方法对碱金属工质在蒸发器内部的流动和相变传热特性进行分析，得到蒸发器内部的气相体积分数、温度、压力以及速度等分布。结果表明：碱金属液体极高的导热系数使得多孔芯部分的平均过热度不足1K；以碱金属为工质的多孔芯蒸发器，其内部的蒸发属于表面蒸发，气液界面稳定在多孔芯和蒸汽槽道的界面处，且在相同参数条件下，其毛细抽吸力比使用传统工质的蒸发器高1~2个数量级，具有更大的传输能力。

均三甲苯层流燃烧特性实验

文明, 徐庆尧, 李南雷, 王殿恺

2017, 32(12): 2941-2946. doi: 10.13224/j.cnki.jasp.2017.12.017

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525

429

摘要:
为了深入了解均三甲苯的层流燃烧特性及影响因素，利用高速纹影技术和定容燃烧弹开展了相关研究，得到了不同初始条件下的层流燃烧速度和Markstein长度等参数，结合均三甲苯化学反应机理揭示了不同初始条件下导致层流燃烧速度变化的关键基元反应,进而得到了不同初始条件下均三甲苯/空气的层流燃烧速度拟合经验公式，最后对拟合公式进行了验证表明该经验公式能较为准确地预测不同初始条件下均三甲苯/空气的层流燃烧速度。研究结果表明：均三甲苯/空气的层流燃烧速度与预混气体的初始温度呈正相关，与初始压力呈负相关；Markstein长度与预混气体的初始温度和初始压力均呈负相关。

高旋转数下不同通道转角梯形带肋回转通道的换热特性

王晓增, 阚瑞, 田淑青, 邓宏武

2017, 32(12): 2947-2954. doi: 10.13224/j.cnki.jasp.2017.12.018

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613

492

摘要:
为研究截面形状和旋转效应对高压涡轮动叶内部冷却通道换热的影响，对雷诺数为10000～50000，旋转数为0~209，通道转角为0°、225°、45°的带直肋双流程梯形截面通道换热特性进行了实验研究。结果表明：静止状态下，在第一通道，梯形通道后缘换热强于前缘；在第二通道，前、后缘换热区别不大，后缘的换热略强于前缘。旋转状态下，对0°通道转角，随旋转数的增大，第一通道的后缘面换热仍强于前缘面和外侧面，且差异更明显；第二通道前缘换热相对后缘增强。在较高旋转数（旋转数大于1）时，0°通道转角工况的换热最强，45°转角最弱。

Experiment on microscale flames stabilized on surface of annular porous media

LIN Peihua, LIN Yuzhen, XUE Xin, ZHANG Liang, ZHANG Chi

2017, 32(12): 2955-2963. doi: 10.13224/j.cnki.jasp.2017.12.019

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531

440

摘要:
The characteristics of the surfacestabilized flame on a porous medium in an annular microscale channel were studied experimentally with methane/air mixture. In the pressure drop characteristic study, three porous media with the same pore diameter and different porosities were used and compared. The substitution of the air for the mixture was verified accurately at first. Then the relationship expression of the air pressure drop characteristic was acquired for each porous medium according to the Forcheimer correlation. The third porous medium was selected for the following research, as it had the expression closer to the Darcys law. As for the ignition characteristic study of the surfacestabilized flame, a reasonable criterion was established for the flammability limit determination. Based on the criterion, the result showed that the limit reached the minimum value when the mixture equivalence ratio was 0.9. During the extinction characteristic study, through the welldesigned operating procedure, the experiment was conducted to obtain the strict extinction limit of the surfacestabilized flame. It was indicated that the extinction limit at mixture equivalence ratio of 08 was the least.

一种双S形二元排气系统红外特性的模型实验

王丁, 吉洪湖, 卢浩浩, 王浩

2017, 32(12): 2964-2971. doi: 10.13224/j.cnki.jasp.2017.12.020

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569

464

摘要:
通过模型实验测量了一种双S形二元(2-D)喷管排气系统壁面压力和温度分布,以及分别在侧向、下方和上方探测面上的红外辐射强度分布,并与基准轴对称排气系统作了对比分析。实验结果表明:双S形二元喷管排气系统在上方探测面上,红外辐射强度比较大,最大值出现在10°探测角；相比基准轴对称排气系统,双S形二元排气喷管系统红外辐射强度在0°探测角方位平均降低了75.5%,在侧向、下方及上方探测面上90°探测角方位分别降低了57.6%、50.9%和17.3%。

提高二冲程煤油发动机抗爆性措施研究

丁昌露, 杨海青, 陈方超

2017, 32(12): 2972-2980. doi: 10.13224/j.cnki.jasp.2017.12.021

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610

517

摘要:
为解决某二冲程航空活塞发动机采用航空煤油后爆震极限功率严重下降的问题，进行了一维发动机性能仿真分析，提出了提高发动机爆震极限功率的技术措施。在发动机额定工况下，油耗率和排气温度不发生恶化的前提下，添加抗爆添加剂、降低压缩比和推迟点火提前角以抑制采用煤油后的发动机爆震倾向,扩大缸径和降低空燃比以助于恢复发动机的爆震极限功率。结果表明：经过优化，发动机输出功率可达到原型机的96%，油耗率增加了19%，排气温度升高了57K。研究结果可为二冲程煤油发动机的性能优化和提高工作的可靠性提供依据。

带凹坑楔形通道内射流冲击换热特性实验

蒋新伟, 许卫疆, 朱惠人

2017, 32(12): 2981-2987. doi: 10.13224/j.cnki.jasp.2017.12.022

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581

427

摘要:
为了获得发动机进气道支板的热气防冰特性，采用热色液晶全表面瞬态测温技术对带凹坑楔形通道内表面开展冲击换热实验。研究了射流雷诺数，凹坑间距，射流入口到凹坑的距离和凹坑排数对壁面努塞尔数分布和大小的影响。结果表明：带凹坑壁面的平均换热效果要强于光滑壁面，两者的努塞尔数均随雷诺数的增加而增大。壁面的局部努塞尔数在凹坑尾缘出现一个峰值，凹坑间距越小，侧壁的平均换热效果越强。在小雷诺数时，凹坑的位置靠近出口缝，能够较大的增强侧壁的换热；在较大雷诺数时，凹坑位置越靠近前缘，则越能增强前缘的换热效果。当凹坑的排数增加，壁面的平均努塞尔数增大。

并联TBCC可调进气道并联方案

孙波, 邵庆龄, 倪凯捷, 卓长飞, 张堃元

2017, 32(12): 2988-2996. doi: 10.13224/j.cnki.jasp.2017.12.023

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615

506

摘要:
对并联涡轮基组合循环(TBCC)可调进气道并联方案进行了归纳分析,提出了一种分类方法和两种并联方案。对4种典型并联方案在马赫数为2.5的模态转换工况进行了稳态仿真分析。结果表明:后开纯内并联方案在模态转换过程中总流量变化很小,其余3种的总流量系数随着涡轮通道的关闭都是逐渐减小的,涡轮通道流量系数逐渐降低,冲压通道升高。4种方案冲压通道流量系数在模态转换过程中均是逐渐升高的,后开纯内并联方案具有最低的冲压通道平均流量系数,变化幅度最大,其余3种方案变化幅度均较小。前开纯外并联和混合式内并联两种方案的涡轮通道出口总压恢复在模态转换过程中呈减小趋势,另外两种方案的总压恢复呈略微增大趋势,其中前开纯外并联平均总压恢复最低,而混合式内并联方案的平均总压恢复最高。

欠膨胀椭圆射流的流动结构

张焕好, 郭则庆, 陈志华, 郑纯, 黄振贵

2017, 32(12): 2997-3003. doi: 10.13224/j.cnki.jasp.2017.12.024

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583

497

摘要:
为了探讨超声速欠膨胀椭圆射流的流动特征,采用大涡模拟（LES）方法与高精度混合格式对出口压力比N分别为14、24、40的欠膨胀椭圆射流流场结构进行数值模拟。结果清晰描述了欠膨胀椭圆射流的三维(3D)结构特征与发展规律,并分析了因喷嘴方位曲率不一致而导致长轴与短轴平面上激波结构出现差异的原因。另外,结果还发现:当N为24时,短轴平面上射流域内的激波结构已由正规反射转变为马赫反射,但长轴平面上仍维持正规反射,而当N为40时,长轴与短轴平面上的激波结构均为马赫反射结构,由此可知喷嘴方位曲率变化越平缓,马赫反射形成所需的出口压力比越大。

共轴刚性旋翼气动干扰及操纵特性分析

祁浩天, 史勇杰, 徐国华, 黄水林

2017, 32(12): 3004-3012. doi: 10.13224/j.cnki.jasp.2017.12.025

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566

490

摘要:
建立了一套基于高效配平策略和嵌套网格技术的共轴刚性旋翼气动数值分析方法。流场求解采用雷诺平均NavierStokes方程，空间离散采用Roemonotone upstreamcentered schemes for conservation laws（MUSCL）格式，湍流模型为SpalartAllmaras模型；配平计算中引入“差量修正”策略。分析了共轴刚性旋翼模型在不同飞行状态下的气动干扰现象和操纵特性。结果表明：所建立的配平方法在同等精度下，比传统方法可显著节省计算时间；共轴刚性旋翼间距较小，其气动干扰明显强于普通共轴旋翼；悬停状态下，由于受上旋翼下洗流影响，下旋翼总距较大但拉力较小；小速度前飞时气动干扰引起下旋翼气流不对称性增大，双旋翼周期变距差也变大；采用适当的升力偏置量，可以提高共轴刚性旋翼气动效率。

低中等雷诺数超声速轴对称射流气动声场

郑美香, 方一红, 赵磊

2017, 32(12): 3013-3021. doi: 10.13224/j.cnki.jasp.2017.12.026

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544

387

摘要:
采用线性抛物化稳定性方程(LPSE)方法对低、中等雷诺数条件下的超声速轴对称射流进行了研究。结果表明：射流中不稳定波的增长特性决定了声辐射的特性。在低雷诺数条件下，不稳定波的频率范围较窄，且由于不稳定波的增长区间较长，因此声辐射的范围较宽，声源不集中，声辐射的方向角不明确。在中雷诺数条件下，不稳定波的频率范围较宽，且由于不稳定波的增长区间较短，因此声辐射的范围较窄，声源集中，声辐射的方向角较明确；且随着斯特劳哈尔数增加，声辐射的方向角增加。在低雷诺数条件下，射流基本流的法向速度对射流气动声场的影响较弱，而在中等雷诺数条件下，其对射流的气动声场影响较强。

基于模糊信息粒化和优化SVM的航空发动机性能趋势预测

李艳军, 张建, 曹愈远, 张丽娜

2017, 32(12): 3022-3030. doi: 10.13224/j.cnki.jasp.2017.12.027

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613

445

摘要:
提出采用模糊信息粒化(FIG)和优化的支持向量机(SVM)来预测航空发动机参数的变化趋势和变化空间。利用模糊信息粒化方法对性能参数进行粒化处理。以KCV验证误差最小作为优化目标,采用遗传算法(GA)实现支持向量机惩罚参数和核函数参数的自适应优化选择；训练SVM模型并进行并对模糊粒子非线性预测。利用某航空公司的某型航空发动机性能参数监测数据进行验证,结果表明:该算法可以有效实现航空发动机性能参数变化趋势和变化空间预测。在实例基础上分析了窗口大小对算法预测精度的影响以及算法多步预测的效果,得出算法最佳窗口大小为3个数据且算法3步以内预测误差小于10%。

基于IPSOElman神经网络的航空发动机故障诊断

皮骏, 黄江博

2017, 32(12): 3031-3038. doi: 10.13224/j.cnki.jasp.2017.12.028

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824

409

摘要:
为提高航空发动机故障诊断的精度,提出改进粒子群优化的Elman神经网络对航空发动机故障诊断的方法。利用MIV(平均影响值)对神经网络的输入端自变量进行筛选，降低输入维度；采用改进粒子群优化算法对Elman神经网络的权值和阀值进行优化，并对优化的神经网络进行训练；用训练好的神经网络对航空发动机故障进行诊断并与常规的BP（back propagation）、Elman神经网络、GM（1,n）、SVM (support vector machines)进行对比。仿真结果表明：IPSOElman(improved particle swarm optimization Elman neural network)神经网络的诊断误差在不同数量训练样本时都小于其他方法，并且在参选故障诊断的性能参数不同时，其诊断误差相近，展现出较强的适应能力。

高空台飞行环境模拟腔μ综合控制设计

朱美印, 张松, 但志宏, 裴希同, 王信, 王曦

2017, 32(12): 3039-3048. doi: 10.13224/j.cnki.jasp.2017.12.029

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546

405

摘要:
针对航空发动机在高空台(AGTF)试验中高空飞行环境模拟腔(FESV)控制问题以及建模过程中产生的未建模动态不确定性问题,提出了一种μ综合控制结构方案,同时对于截止频率相差近几百倍的温度回路和压力回路的大差异特性,提出了采用同一加权灵敏度函数的处理方法,获得了模拟腔控制的期望效果；采用DK迭代算法设计了μ综合控制器,为解决因系统矩阵不满秩带来的温度、压力同时控制的问题提供了一种设计方法和思路,不同的飞行轨迹仿真验证结果表明:μ综合控制器对于飞行环境模拟腔温度和压力的控制效果一致性良好,动态误差不大于09%,稳态误差不大于05%,因此设计的μ综合控制系统具有伺服跟踪性能和鲁棒性能。

气旋现象对气体静压轴承微振动影响的实验

龙威, 裴浩, 杨绍华, 柴辉

2017, 32(12): 3049-3056. doi: 10.13224/j.cnki.jasp.2017.12.030

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525

464

摘要:
气体静压轴承是气浮系统的重要组成元件，其气膜自激微振动会降低气浮系统的工作精度和刚度特性。为了进一步提高气体静压轴承的工作精度和稳定性,在分析轴承内部气膜波动形成机理的基础上,开展了数值计算及实验研究。不仅验证了气旋分布规律和气旋中心压降的存在可靠性,并且有力证明了气膜支撑区域内沿流动方向存在的分区现象。结合实验进一步分析了影响高压区气旋强度和分布位置的可能因素。结果表明:供气压力、供气孔径和气腔结构都分别对气旋的位置和强度有各自不同的影响规律；而主气旋的核心位置和内外压差造成的压力脉动又会直接决定气体静压轴承微振动的强度和频率特征。

典型阶梯篦齿高转速密封性能试验

王鹏飞, 郭文, 张靖周

2017, 32(12): 3057-3063. doi: 10.13224/j.cnki.jasp.2017.12.031

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483

424

摘要:
在高转速密封试验设备上，进行了实际尺寸阶梯篦齿压比(1.05～28)、相对密封间隙(齿尖密封间隙和齿宽比)(24～40)、泄漏流雷诺数(1900～28000)及旋转速度(0～12000r/min)等对密封性能影响的试验。结果显示：篦齿流量系数随压比变大而上升，随相对密封间隙变大而降低；转速低于5000r/min时，旋转对篦齿流量系数影响不明显，高转速、小压比时，篦齿流量系数随转速的升高而降低，降幅超过301%；较小雷诺数下，篦齿流量系数随雷诺数的减小快速降低，雷诺数超过6000以后，篦齿流量系数受雷诺数的影响不明显；气流通过阶梯篦齿第一道齿的压力损失最小，通过最后一道齿的压力损失最大，通过中间各齿的压力损失相当。基于试验测试数据，修正了典型阶梯篦齿流量系数的求解关系式，修正后的关系式计算值与实测值吻合良好。

基元叶栅攻角特性多目标优化

成金鑫

2017, 32(12): 3064-3072. doi: 10.13224/j.cnki.jasp.2017.12.032

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531

422

摘要:
采用多段Bezier曲线对轴流压气机叶型予以参数化表达，通过Isight优化平台，结合S1流面数值模拟分析，以改良的非支配排序遗传算法(NSGAⅡ)对美国NASA单级轴流跨声压气机Stage 35的动叶和静叶叶中截面基元叶栅进行攻角特性的多目标优化，优化目标是降低全攻角范围内的总压损失系数以及拓宽攻角适应性范围。以总压损失系数最小点以及总压损失系数相对最高点和最低点的差值作为优化目标函数，叶栅流量不变为约束条件。结果表明：优化显著降低了动、静叶叶中截面基元叶栅的总压损失系数，并使其攻角适应性范围分别拓宽了5°和3°。

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