留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

2021年  第36卷  第5期

栏目
封面
  上一期 | 下一期 
显示方式:
结构、强度、振动
镍基单晶高温合金热机械疲劳行为与寿命建模
陈景阳, 荆甫雷, 杨俊杰
2021, 36(5): 897-906. doi: 10.13224/j.cnki.jasp.2021.05.001
摘要 PDF(3390KB) icon302 icon405
摘要:
通过DD6单晶薄壁管试样机械应变控制热机械疲劳(TMF)试验,获取温度交变、相位角以及载荷控制方式对单晶应力应变响应与疲劳寿命的影响规律。结果表明：温度交变会引起明显的应力不对称性并造成额外损伤,导致TMF寿命明显低于最高循环温度的等温疲劳(IF)寿命,并且反相(OP)循环寿命普遍要低于同等载荷的同相(IP)循环,这种寿命变化趋势与应力控制存在明显差异。采用Walker本构模型进行单晶材料在不同TMF循环下的滑移系黏塑性分析,构建单晶TMF损伤与滑移系细观应力应变参量的关联。在此基础上,选取最大Schmid应力、最大滑移剪应变率、滑移剪应变范围、循环Schmid应力比作为损伤参量,建立基于细观参量的TMF寿命模型,其对不同相位、不同载荷控制方式的TMF寿命预测精度均在2倍分散带内。
基于三维激光扫描的涡轮叶片高温模态测试技术
代江波, 罗现强, 符顺国, 王琦, 冯海波
2021, 36(5): 907-915. doi: 10.13224/j.cnki.jasp.2021.05.002
摘要 PDF(3526KB) icon175 icon299
摘要:
提出了基于三维激光扫描技术的发动机涡轮叶片高温模态测试技术,实现了在最高900 ℃的高温环境下的涡轮叶片模态测试。设计了一套高温环境模拟装置,实现了不同温度环境的模拟,基于振动台基础激励技术和三维激光扫描技术,建立了不同温度环境下的涡轮叶片三维测试模型,获取了准确的模态振型、模态频率等参数,验证了方法的可行性。分析结果显示:温度升高会导致涡轮叶片固有频率下降,900 ℃较常温环境1阶频率下降约6%,叶尖振型因热应力产生轻微畸变。
冲击载荷作用下的锥壁失效仿真及试验验证
虞磊, 耿景艳, 李百洋, 王卫国, 曹家健, 吴海龙, 周青
2021, 36(5): 916-922. doi: 10.13224/j.cnki.jasp.2021.05.003
摘要 PDF(3161KB) icon159 icon214
摘要:
根据航空发动机支承锥壁结构受力特点,对风扇叶片飞失冲击载荷作用下的锥壁失效破坏机理进行了研究。利用显式动力学有限元仿真方法,对冲击载荷作用下的锥壁结构动态失效过程进行了瞬态分析。开展了对锥壁的落锤冲击试验,并与分析结果进行了对比验证。试验和分析结果表明:冲击载荷作用下锥壁减薄处破坏为剪切失效破坏。采用的显式动力学有限元仿真方法为准确模拟冲击载荷作用下的锥壁结构失效提供了一种可行的仿真手段,分析获得的峰值加速度与试验结果误差小于5%;利用GISSMO(generalized incremental stress state dependent damage model)可以准确预测锥壁减薄处断裂时间、断裂位置。经过试验验证的分析方法及失效模型可运用到风扇叶片飞失冲击载荷下的锥壁失效设计参数的确定,提高锥壁降载结构设计的精度。
基于声阵列信号的风扇喘振先兆特征识别
李泽芃, 乔百杰, 文璧, 陈雪峰
2021, 36(5): 923-934. doi: 10.13224/j.cnki.jasp.2021.05.004
摘要 PDF(6982KB) icon240 icon770
摘要:
提出了一种基于麦克风声阵列信号的航空发动机风扇喘振先兆特征识别方法,有效避免了传统侵入式传感器在测量过程中对管道流场产生的外来干扰。开展多级风扇试验器由稳定旋转至喘振的瞬态测试试验,利用短时傅里叶分析、频谱分析和声模态分解的方法,对喘振先兆特征实现了辨识。结果表明:风扇在进入喘振前有非同步共振频率的强烈单音噪声,约为叶片通过频率的70%,是由多个模态波在转静叶排间共振产生。通过对特征频率和声模态谱的监测可以实现喘振的预警。
螺栓孔的位置度误差对短精密螺栓连接结构装配力学特性的影响
焦俊杰, 莫蓉, 徐广庆, 付玄, 孙惠斌, 常智勇
2021, 36(5): 935-947. doi: 10.13224/j.cnki.jasp.2021.05.005
摘要 PDF(7204KB) icon148 icon238
摘要:
为了研究螺栓孔的位置度误差对装配力学特性的影响，建立了考虑位置度误差的误差模型和有限元模型，研究了位置度误差对单个短精密螺栓连接结构的连接刚度和孔边应力的影响，建立了短精密螺栓组的位置度误差计算模型和有限元模型，分析了上、下被连接件的安装角度、第1颗螺栓的装入位置对短精密螺栓组结构的连接刚度的影响。研究发现：位置度误差对轴向刚度影响较小，对切向刚度影响显著，位置度误差在切向载荷方向的投影值是影响切向刚度的主要因素，螺栓孔的孔边应力在180°处达到最大，通过计算和比较位置度偏差的投影值与模长的标准差，得到了3种较优的螺栓装配方案。
TC4钛合金激光冲击强化数值模拟
王博涵, 程礼, 丁均梁, 崔文斌, 王长凯, 李冬春
2021, 36(5): 959-968. doi: 10.13224/j.cnki.jasp.2021.05.007
摘要 PDF(5343KB) icon199 icon189
摘要:
采用连续显式动态冲击策略对航空用TC4钛合金进行激光冲击强化数值模拟研究。根据冲击波能量变化曲线确定单次冲击求解时间为3 000 ns,并分析了应力波传播过程。在此基础上开展多点冲击模拟,分析了功率密度、冲击次数和光斑搭接率对残余应力、应变场的影响。得出增加功率密度对增大表面残余压应力的效果更好;增加冲击次数对增大残余压应力影响深度的效果更好;50%光斑搭接率有效地避免了冲击不均匀和搭接空隙现象。实验和仿真所得的试件表面残余压应力变化趋势相同,数值大小基本吻合。冲击1、3次时,两者的误差分别为4.1%、2.6%,说明仿真结果具有一定的参考意义。
燃烧、传热、传质
涡轮与冲压组合动力高温进气预冷特性
林阿强, 郑群, 夏全忠, 张海, 刘高文
2021, 36(5): 987-996. doi: 10.13224/j.cnki.jasp.2021.05.010
摘要 PDF(5367KB) icon201 icon590
摘要:
针对涡轮基冲压组合循环发动机中高温进气影响涡轮发动机性能的问题,开展实际某高空模拟试验进气预冷段的数值分析。基于欧拉-拉格朗日多相流方法解析气液两相热质传输过程,探索射流冷却对不同高空高马赫数进气条件时预冷段内温度和压力的沿程变化规律。结果表明,射流冷却对流场具有明显地温降效果。带有射流装置的预冷段内流动损失是以由黏性耗散所引起的耗散熵产为主,而由气-液传热温差所引起流场温度梯度变化的加热熵产并不显著。对比高空模拟试验进气工况在射流量4%~7%的冷却效果发现,预冷段内气流温降程度为32.30~90.08 K,冷却前后总压降系数范围由1.42%~1.86%降低到0.95%~1.46%。因此,射流冷却技术在一定程度上改善涡轮发动机在高空高马赫数工作时进气流场特性。
亥姆霍兹共振器对热声不稳定极限环的预测
余志健, 杨旸
2021, 36(5): 997-1006. doi: 10.13224/j.cnki.jasp.2021.05.011
摘要 PDF(4381KB) icon130 icon233
摘要:
验证亥姆霍兹法求解亥姆霍兹共振器对热声极限环影响的可靠性,实验在Rijke管上进行。采用耦合非线性热释放率模型、实测阻尼率及共振器阻抗模型的亥姆霍兹法求解耦合共振器前后热声极限环特性。其中共振器阻抗模型采用阻抗管修正。结果表明:修正的阻抗模型可有效模拟不同背腔流量下共振器反射率幅值和相位。背腔流量增加,共振器阻抗增加。未加共振器,85 V加热电压模拟的极限环频率和速度振幅相对误差为3.4%和7.2%。耦合共振器,低背腔流量,预测的极限环频率和速度振幅相对误差为3.7%和6.2%。背腔流量越大,共振器接口涡脱落增强,减振效果增强,但采用忽略流动的亥姆霍兹法模拟精度降低。共振器安装位置离波腹越近,减振效果越好。
基于ordered-EAMP模型的多材料传热结构拓扑优化
闫浩, 吴晓明
2021, 36(5): 1007-1021. doi: 10.13224/j.cnki.jasp.2021.05.012
摘要 PDF(6781KB) icon144 icon218
摘要:
基于多材料变密度拓扑优化方法提出了一种密度指数函数插值的有序多材料性能近似(ordered exponential approximation of material properties,ordered-EAMP)模型,数学性质以及算例表明,与传统的SIMP/RAMP插值相比,该模型具有计算稳定,收敛速度快,优化结构灰度单元少的特点。在优化准则(OC)法求解变密度拓扑优化模型时,构造了一种适用于多材料的密度过滤格式,算例表明：可以有效减少灰度单元,且降低了优化的目标函数值。运用MATLAB-ANSYS联合优化,实现三类热边界条件下复杂热环境的多材料传热结构拓扑优化。相比于高热传导系数的单材料结构,多材料传热拓扑优化结构由于各种热传导系数材料的优化分布,结构的传热势容耗散更小,算例4中对比分析降低了20.3%,传热效率更高。
沟槽平板颗粒沉积特性和气膜冷却性能
游学磊, 岳国强, 王少良, 张路阳, 姜玉廷
2021, 36(5): 1022-1032. doi: 10.13224/j.cnki.jasp.2021.05.013
摘要 PDF(6619KB) icon97 icon188
摘要:
通过将平板上的气膜冷却孔嵌入横向沟槽中,探究沟槽深度对平板颗粒沉积分布和气膜冷却性能的影响。结果表明:沟槽结构的存在改善了平板表面的颗粒沉积情况和气膜冷却性能,并将一定颗粒阻隔在沟槽内部。在同一吹风比下,沟槽深度的增加使得整体的颗粒碰撞效率增大。在吹风比较小时,3种沟槽深度的结构减小了平板颗粒的沉积和捕获,并改善了冷却孔下游气膜冷却效率。但在大吹风比下,不同沟槽深度改善颗粒沉积分布和气膜冷却效率方面各有差异。对比不同沟槽深度结构在各个工况下的性能,沟槽深度为0.8倍孔径的结构在改善颗粒沉积分布的同时也能兼顾提升气膜冷却孔下游的气膜冷却效率。
气动热力学与总体设计
进气道激波串振荡的模态分解及快速预测
孙斐, 苏纬仪, 侯强, 王谋远
2021, 36(5): 1040-1051. doi: 10.13224/j.cnki.jasp.2021.05.015
摘要 PDF(5900KB) icon136 icon255
摘要:
为研究隔离段自激振荡现象,采用2阶时间和空间精度、非结构网格、剪切应力输运(SST) k -ω湍流模型有限体积法程序对二元进气道在高反压下的非定常特性进行数值模拟,成功捕捉到激波串自激振荡现象,在此基础上利用本征正交分解(POD)和动力学模态分解(DMD)方法对其进行分析。结果表明:该自激振荡是低频主导、多频耦合的复杂振荡现象;基于本征正交分解和动力学模态分解构建的预测模型均能准确快速地预测出非定常流场的演变特性,预测误差小于0.2%,前者耗时为0.22 s,后者耗时为0.05 s。
叶轮机械
浸入式贴体网格边界方法的对转桨扇非定常流动数值模拟
王靖元, 单鹏, 周亦成
2021, 36(5): 1060-1071. doi: 10.13224/j.cnki.jasp.2021.05.017
摘要 PDF(10563KB) icon204 icon431
摘要:
应用所提出的浸入式贴体网格边界方法和开发的CFD程序,进行了对转桨扇跨声速全周叶片流场的非定常数值模拟。介绍了程序流程、网格生成策略和求解器原理。分析了前、后桨叶尖涡、尾缘涡的非定常干扰对叶片表面流场的影响。统计了对转桨扇的推力、功率和推进效率的非定常波动,并同NUMECA模拟的定常结果进行了对比,结果发现两种模拟得到的后桨总体参数差别大于10%。相比于NUMECA的对转桨扇单通道定常模拟,所提出方法及程序具有更为便利的网格构建,在使用相同量级网格总数的情况下,可以模拟全周叶片通道流场,并揭示对转桨扇无通道周期性的特征。
基于数据驱动的轴流压气机特性图规律及预测
刘锬韬, 高丽敏, 冯旭栋
2021, 36(5): 1072-1082. doi: 10.13224/j.cnki.jasp.2021.05.018
摘要 PDF(4669KB) icon229 icon274
摘要:
为探索轴流压气机特性线的内在规律,结合数据分析方法和热力学原理,对五十余幅轴流压气机特性数据进行了研究。通过将多种热力学参数引入特性图,并提出了压气机特性描述参数,从各转速峰值效率点连线、近喘振区和近堵塞区3个方面分析了压气机特性中物理量间的规律,发现了压气机特性参数与设计指标间的关联,并依据前述规律发展了基于设计指标和性能参数的压气机特性预测算法。研究发现:在工作转速范围内,多个热力学参数之间存在明确的线性相关性,各轴流压气机的特性参数与设计点总压比有显著关联,而与设计点效率关联不明显。提出的预测算法可以在没有叶片几何信息的条件下,仅依靠设计指标和性能参数,较好地预测出总压比小于8的轴流压气机性能。
自动控制
航空减压器输出特性回归分析及参数优化
张长帅, 王慧, 赵国超, 符鹏
2021, 36(5): 1094-1102. doi: 10.13224/j.cnki.jasp.2021.05.020
摘要 PDF(3605KB) icon159 icon310
摘要:
为研究某型航空双级气体减压器设计参数对输出特性的影响规律,建立减压器AMESim模型并与测试结果对比验证;采用响应面法获得减压器设计参数与输出特性的二次回归模型,分析减压器设计参数的影响;利用带精英策略的快速非支配排序遗传算法(NSGA-Ⅱ)对二次回归模型进行优化,得到最优设计参数。响应面结果显示:反馈孔面积是影响输出压力超调量的关键因素,与阀芯密封处动泄漏面积的交互作用对超调量影响显著;阀芯质量是影响输出压力脉动强度的关键因素,与弹簧刚度、膜片刚度的交互作用对脉动强度影响显著。优化结果表明:减压器二级结构的阀芯质量、反馈孔面积、主弹簧刚度、副弹簧刚度、阀芯密封处动泄漏面积和膜片刚度分别为52.26 g、9.06 mm2、67.27 N/mm、10.68 N/mm、0.64 mm2和89.49 N/mm时输出特性达到最优,优化后输出压力超调量降低了28.72%,脉动强度降低了40.63%。

版权所有 © 《航空动力学报》编辑部

本系统由 北京仁和汇智信息技术有限公司 开发