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结构、强度、振动
SiC/SiC复合材料涡轮叶片结构设计及静强度评价
石多奇, 刘长奇, 程震, 杨锐, 梁湘华, 栗尼娜, 杨晓光, 国怡泉
2023, 38(1): 1-12. doi: 10.13224/j.cnki.jasp.20210531
摘要:

以高温合金低压涡轮叶片为原型,研究了采用SiC/SiC复合材料进行该型涡轮叶片结构设计的可行性。完成了SiC/SiC叶片的宏观设计、榫头设计和细节设计。计算分析了金属和复合材料涡轮叶片的变形和应力特点。对按设计制备的SiC/SiC叶片开展了拉伸强度测试,并在试验中监测了叶片的应变。计算结果表明:SiC/SiC叶片在额定状态下的伸长量低于原金属叶片;叶身叶根与缘板过渡处应力水平最高,但低于SiC/SiC复合材料的拉伸强度;榫头榫颈处有发生局部剪切破坏的风险。试验结果表明:该SiC/SiC叶片的断裂明显呈现出拉伸失效模式,以断裂转速计算的静强度储备系数约为1.3;所采用的SiC/SiC叶片结构设计方法可行,所制备的复合材料叶片也顺利通过了实验室条件下的静强度考核。

以高温合金低压涡轮叶片为原型,研究了采用SiC/SiC复合材料进行该型涡轮叶片结构设计的可行性。完成了SiC/SiC叶片的宏观设计、榫头设计和细节设计。计算分析了金属和复合材料涡轮叶片的变形和应力特点。对按设计制备的SiC/SiC叶片开展了拉伸强度测试,并在试验中监测了叶片的应变。计算结果表明:SiC/SiC叶片在额定状态下的伸长量低于原金属叶片;叶身叶根与缘板过渡处应力水平最高,但低于SiC/SiC复合材料的拉伸强度;榫头榫颈处有发生局部剪切破坏的风险。试验结果表明:该SiC/SiC叶片的断裂明显呈现出拉伸失效模式,以断裂转速计算的静强度储备系数约为1.3;所采用的SiC/SiC叶片结构设计方法可行,所制备的复合材料叶片也顺利通过了实验室条件下的静强度考核。

刷式密封临界承压能力流固耦合数值研究
孙丹, 刘伟, 焦忠泽, 赵欢, 李玉
2023, 38(1): 13-22. doi: 10.13224/j.cnki.jasp.20210404
摘要:

采用以泄漏因子与有效间隙作为刷式密封临界承压能力的评价指标,基于ALE(arbitrary Lagrange-Euler)流固耦合方法建立刷式密封三维瞬态求解模型,分析三种不同结构的刷式密封模型在不同压差下的刷丝变形,研究临界承压能力对刷丝变形的影响。研究结果表明:随着上下游压差的增加,泄漏因子与有效间隙的值趋于稳定时的压差范围即为刷式密封的临界承压能力。所研究的基本型刷式密封临界承压能力为0.25~0.30 MPa,后挡板保护高度降低0.5 mm的刷式密封和轴向增加5排刷丝的刷式密封临界承压能力相对于基本型增加了16.7%~20.0%,降低后挡板保护高度和增加刷丝轴向排数可以提高刷式密封临界承压能力。随着上下游压差的增加,刷丝轴向最大变形量先增加,在上下游压差达到刷式密封临界承压能力时,刷丝之间间隙被压缩至接近最小,刷丝轴向最大变形量达到稳定。该研究成果为刷式密封的结构设计提供理论依据。

采用以泄漏因子与有效间隙作为刷式密封临界承压能力的评价指标,基于ALE(arbitrary Lagrange-Euler)流固耦合方法建立刷式密封三维瞬态求解模型,分析三种不同结构的刷式密封模型在不同压差下的刷丝变形,研究临界承压能力对刷丝变形的影响。研究结果表明:随着上下游压差的增加,泄漏因子与有效间隙的值趋于稳定时的压差范围即为刷式密封的临界承压能力。所研究的基本型刷式密封临界承压能力为0.25~0.30 MPa,后挡板保护高度降低0.5 mm的刷式密封和轴向增加5排刷丝的刷式密封临界承压能力相对于基本型增加了16.7%~20.0%,降低后挡板保护高度和增加刷丝轴向排数可以提高刷式密封临界承压能力。随着上下游压差的增加,刷丝轴向最大变形量先增加,在上下游压差达到刷式密封临界承压能力时,刷丝之间间隙被压缩至接近最小,刷丝轴向最大变形量达到稳定。该研究成果为刷式密封的结构设计提供理论依据。

基于EWT-熵值方法的发动机风扇叶片损伤监控
徐建新, 赵树杰, 马超, 巴翔
2023, 38(1): 23-31. doi: 10.13224/j.cnki.jasp.20210365
摘要:

为了从发动机性能数据中寻找风扇叶片外来物损伤航班特征,从而将风扇叶片受外来物损伤的航班区分出来,在机载快速存储记录器(quick access recorder, QAR)数据检测中提出将经验小波分解和信息熵结合的方法。通过对各航班原始振动数据的拟合平滑处理和经验小波分解,提取了分解后各模态的能量熵和,分析了添加汉明(Hanmming)窗函数的多尺度熵,结果表明:拟合后数据的熵值变化更明显,且风扇叶片受外来物损伤航班的能量熵和有10%以上的降低趋势,改进后的多尺度熵有40%以上的增长趋势,均明显异于其他正常航班。证明采用EWT-熵值方法可以较好地对发动机风扇叶片外来物损伤情况进行监控。

为了从发动机性能数据中寻找风扇叶片外来物损伤航班特征,从而将风扇叶片受外来物损伤的航班区分出来,在机载快速存储记录器(quick access recorder, QAR)数据检测中提出将经验小波分解和信息熵结合的方法。通过对各航班原始振动数据的拟合平滑处理和经验小波分解,提取了分解后各模态的能量熵和,分析了添加汉明(Hanmming)窗函数的多尺度熵,结果表明:拟合后数据的熵值变化更明显,且风扇叶片受外来物损伤航班的能量熵和有10%以上的降低趋势,改进后的多尺度熵有40%以上的增长趋势,均明显异于其他正常航班。证明采用EWT-熵值方法可以较好地对发动机风扇叶片外来物损伤情况进行监控。

突加不平衡下弹性环挤压油膜阻尼器减振性能实验
张广辉, 黄延忠, 陈亚龙, 王震林, 徐科繁, 冯磊
2023, 38(1): 32-40. doi: 10.13224/j.cnki.jasp.20210371
摘要:

为了研究在瞬态冲击(突加不平衡)下弹性环挤压油膜阻尼器(elastic ring squeeze film damper, ERSFD)对转子系统突增振动的抑制效果,设计并搭建带ERSFD的转子动力学实验台,开展突加不平衡动力学实验,获取阻尼器供油和不供油下转子系统升速及降速过程中的振动响应规律。结果表明ERSFD供油后有效地抑制了突加不平衡引起的瞬态响应,降低了突加不平衡引起的额外振动74.39%,同时抑制了转子经过临界转速的基频振动(幅值最大降低了62.18%);ERSFD供油后会在转子系统中引入额外的刚度和阻尼,其综合效果表现为转子的临界转速较ERSFD不供油的状态下,1阶临界转速降低2.39%。

为了研究在瞬态冲击(突加不平衡)下弹性环挤压油膜阻尼器(elastic ring squeeze film damper, ERSFD)对转子系统突增振动的抑制效果,设计并搭建带ERSFD的转子动力学实验台,开展突加不平衡动力学实验,获取阻尼器供油和不供油下转子系统升速及降速过程中的振动响应规律。结果表明ERSFD供油后有效地抑制了突加不平衡引起的瞬态响应,降低了突加不平衡引起的额外振动74.39%,同时抑制了转子经过临界转速的基频振动(幅值最大降低了62.18%);ERSFD供油后会在转子系统中引入额外的刚度和阻尼,其综合效果表现为转子的临界转速较ERSFD不供油的状态下,1阶临界转速降低2.39%。

单晶叶片表层组织转变影响因素及其控制方法
李世峰, 马护生
2023, 38(1): 41-46. doi: 10.13224/j.cnki.jasp.20210438
摘要:

针对单晶叶片铸件在高温热处理后,极易在结构畸变区域发生结构再结晶问题,本研究提出了一种基于单晶再结晶临界应力特性的叶片结构残余应力控制方法,旨在通过研究单晶合金再结晶的临界应力特性,并结合结构细节优化设计方法,将叶片结构残余应力水平控制在单晶再结晶临界应力的安全区域内。结果表明:诱发单晶叶片结构再结晶的两大因素是温度和应力集中水平,再结晶起源于不连续的胞状组织,且发生单晶再结晶时的临界应力与叶片结构设计参数、热处理温度之间存在一定的函数关系,经真实叶片试验验证,证实该方法可实现单晶叶片结构完整性与表层组织连续性的控制,有效抑制单晶叶片表层组织的转变。

针对单晶叶片铸件在高温热处理后,极易在结构畸变区域发生结构再结晶问题,本研究提出了一种基于单晶再结晶临界应力特性的叶片结构残余应力控制方法,旨在通过研究单晶合金再结晶的临界应力特性,并结合结构细节优化设计方法,将叶片结构残余应力水平控制在单晶再结晶临界应力的安全区域内。结果表明:诱发单晶叶片结构再结晶的两大因素是温度和应力集中水平,再结晶起源于不连续的胞状组织,且发生单晶再结晶时的临界应力与叶片结构设计参数、热处理温度之间存在一定的函数关系,经真实叶片试验验证,证实该方法可实现单晶叶片结构完整性与表层组织连续性的控制,有效抑制单晶叶片表层组织的转变。

基础随机激励下纤维增强复合薄板振动疲劳寿命预报
许卓, 徐鹤松, 李晖, 王相平, 张海洋, 刘洋, 孙伟, 马辉, 赵丙峰, 韩清凯, 贾璞, 周晋, 闻邦椿
2023, 38(1): 47-54. doi: 10.13224/j.cnki.jasp.20220155
摘要:

针对传统有限元建模黑箱操作多、计算成本大、不具有自主知识产权等问题,基于经典层合板理论,随机振动理论和Miner线性积累损伤准则,建立了基础随机激励下纤维增强复合薄板振动疲劳寿命预测的解析模型。基于应力模态法,推导了纤维增强复合薄板的应力频响函数,在考虑随机激励的基础上,得到了结构的随机振动等效应力功率谱密度函数。通过Dirlik、Bendat和Benasciutti-Tovo三种频域模型对应的概率密度函数,成功求解了相应的振动疲劳寿命。另外,采用ANSYS与nCode软件对模型及其预测结果的正确性进行了验证,研究发现该模型寿命计算结果相对于商业软件计算结果的偏差不超过14.8%,但计算效率提高了17%~33%。因此,该模型可为预测随机激励下各向异性复合薄板的振动疲劳问题,提供一种思路和工具。

针对传统有限元建模黑箱操作多、计算成本大、不具有自主知识产权等问题,基于经典层合板理论,随机振动理论和Miner线性积累损伤准则,建立了基础随机激励下纤维增强复合薄板振动疲劳寿命预测的解析模型。基于应力模态法,推导了纤维增强复合薄板的应力频响函数,在考虑随机激励的基础上,得到了结构的随机振动等效应力功率谱密度函数。通过Dirlik、Bendat和Benasciutti-Tovo三种频域模型对应的概率密度函数,成功求解了相应的振动疲劳寿命。另外,采用ANSYS与nCode软件对模型及其预测结果的正确性进行了验证,研究发现该模型寿命计算结果相对于商业软件计算结果的偏差不超过14.8%,但计算效率提高了17%~33%。因此,该模型可为预测随机激励下各向异性复合薄板的振动疲劳问题,提供一种思路和工具。

热振环境下钛合金薄壁结构疲劳寿命
揭小落, 李丽远, 胡由宏, 谢学多, 吴彦增
2023, 38(1): 55-60. doi: 10.13224/j.cnki.jasp.20210422
摘要:

由于钛合金薄壁结构长时间在飞行热振环境下结构内部产生不断变化的应力,可能引起结构疲劳失效,因此借助振动试验台搭建了高温振动疲劳测试系统,测定了20、150 ℃和300 ℃温度条件下钛合金悬臂薄板结构的随机振动S-N疲劳曲线,并建立了上述温度条件下钛合金悬臂薄板结构的疲劳寿命预测表达式,根据其计算得到的预测寿命与试验件的实际寿命相比误差较小,300 ℃、45.36 MPa应力水平下误差仅为3.76%。该方法可用于高温随机振动载荷作用下结构的疲劳性能和寿命预测研究。

由于钛合金薄壁结构长时间在飞行热振环境下结构内部产生不断变化的应力,可能引起结构疲劳失效,因此借助振动试验台搭建了高温振动疲劳测试系统,测定了20、150 ℃和300 ℃温度条件下钛合金悬臂薄板结构的随机振动S-N疲劳曲线,并建立了上述温度条件下钛合金悬臂薄板结构的疲劳寿命预测表达式,根据其计算得到的预测寿命与试验件的实际寿命相比误差较小,300 ℃、45.36 MPa应力水平下误差仅为3.76%。该方法可用于高温随机振动载荷作用下结构的疲劳性能和寿命预测研究。

基于光学几何测量的整体叶盘几何失谐建模与辨识
张元, 赵景超, 周标, 吕福慧, 金易璇
2023, 38(1): 61-69. doi: 10.13224/j.cnki.jasp.20210407
摘要:

通过光学几何测量技术获取精确的叶片型面差异化信息(即几何失谐)建立整体叶盘的高保真动力学模型的方法,并进一步开展整体叶盘几何失谐辨识的研究。采用先进的三维结构蓝光扫描系统测量构建精确的叶片几何型面点云模型,然后采用网格变形技术,将谐调叶片有限元模型的表面节点自动投射至实测的点云表面,以回避传统逆向工程的实体模型重建环节,从而实现整体叶盘高保真动力学模型的快速构建。该模型可直接用于量化识别叶片几何失谐对其固有频率和振型的影响,其中各叶片“一弯”频率失谐量在2.1%以内,同时可以精确比对各叶片间的模态置信因子,因此可大幅提高整体叶盘建模和动力学仿真分析的准确性。

通过光学几何测量技术获取精确的叶片型面差异化信息(即几何失谐)建立整体叶盘的高保真动力学模型的方法,并进一步开展整体叶盘几何失谐辨识的研究。采用先进的三维结构蓝光扫描系统测量构建精确的叶片几何型面点云模型,然后采用网格变形技术,将谐调叶片有限元模型的表面节点自动投射至实测的点云表面,以回避传统逆向工程的实体模型重建环节,从而实现整体叶盘高保真动力学模型的快速构建。该模型可直接用于量化识别叶片几何失谐对其固有频率和振型的影响,其中各叶片“一弯”频率失谐量在2.1%以内,同时可以精确比对各叶片间的模态置信因子,因此可大幅提高整体叶盘建模和动力学仿真分析的准确性。

燃烧、传热、传质
密度比对弯扭导叶扇形孔气膜冷却效率的影响
王晓增, 阚瑞, 刘存良
2023, 38(1): 70-78. doi: 10.13224/j.cnki.jasp.20220154
摘要:

针对带扇形气膜孔的三维弯扭的高压涡轮一级导叶,采用压力敏感漆传质类比测量技术,研究了不同密度比与质量流量比下叶片的全表面气膜冷却效率分布特性。结果表明:叶片气膜冷却效率随密度比和质量流量比的增加而增大,冷气密度比从1.0增加到2.0时,叶片展向平均气膜冷却效率提升6%~32%。气膜冷却效率随密度比呈现非线性的变化,冷气密度比从1.0增加到1.5时,气膜冷却效率的增幅较小,密度比从1.5增加到2.0时,气膜冷却效率的增幅较大。

针对带扇形气膜孔的三维弯扭的高压涡轮一级导叶,采用压力敏感漆传质类比测量技术,研究了不同密度比与质量流量比下叶片的全表面气膜冷却效率分布特性。结果表明:叶片气膜冷却效率随密度比和质量流量比的增加而增大,冷气密度比从1.0增加到2.0时,叶片展向平均气膜冷却效率提升6%~32%。气膜冷却效率随密度比呈现非线性的变化,冷气密度比从1.0增加到1.5时,气膜冷却效率的增幅较小,密度比从1.5增加到2.0时,气膜冷却效率的增幅较大。

氢气引导乙烯火焰非定常燃烧过程
邓维鑫, 李季, 张冬青, 田野
2023, 38(1): 79-85. doi: 10.13224/j.cnki.jasp.20210419
摘要:

基于脉冲燃烧直连式试验台,开展了超燃冲压发动机氢气引导乙烯火焰的非定常燃烧过程研究。燃烧室入口条件为马赫数2、总温950 K和总压1.0 MPa。试验过程分为4个阶段:冷流、引导氢气单独燃烧、引导氢气点燃乙烯、乙烯单独燃烧。基于高频壁面压力测量和火焰荧光高速摄影,获得了代表性测点的压力时间曲线及燃烧室内火焰发展历程,提取了压力平均值、振荡幅度和频率、着火时间及反应位置等重要信息,分析了不同燃烧阶段的非定常特性。试验结果表明:在氢气单独燃烧阶段,非定常特性源于凹槽后斜坡区域氢气反应强度的变化。在氢气点燃乙烯阶段,非定常特性由氢气和乙烯火焰的“交接”引起。在乙烯单独燃烧阶段,非定常特性由燃烧和超声速流动之间的耦合引起。

基于脉冲燃烧直连式试验台,开展了超燃冲压发动机氢气引导乙烯火焰的非定常燃烧过程研究。燃烧室入口条件为马赫数2、总温950 K和总压1.0 MPa。试验过程分为4个阶段:冷流、引导氢气单独燃烧、引导氢气点燃乙烯、乙烯单独燃烧。基于高频壁面压力测量和火焰荧光高速摄影,获得了代表性测点的压力时间曲线及燃烧室内火焰发展历程,提取了压力平均值、振荡幅度和频率、着火时间及反应位置等重要信息,分析了不同燃烧阶段的非定常特性。试验结果表明:在氢气单独燃烧阶段,非定常特性源于凹槽后斜坡区域氢气反应强度的变化。在氢气点燃乙烯阶段,非定常特性由氢气和乙烯火焰的“交接”引起。在乙烯单独燃烧阶段,非定常特性由燃烧和超声速流动之间的耦合引起。

60 m3卧式液氮贮罐预冷过程试验
张青, 苑文豪, 郑艳, 李朋虎, 夏明波, 何国庚, 陈建业
2023, 38(1): 86-93. doi: 10.13224/j.cnki.jasp.20220542
摘要:

为进一步了解大型卧罐预冷过程,搭建了60 m3卧式液氮贮罐预冷试验台,对小流量下贮罐预冷过程的降温和罐体应变特性开展了研究。结果表明:预冷过程罐内气体温度首先整体迅速降低,然后缓慢下降,且呈现分层现象;预冷初期液氮在罐底难以积累;靠近底部的罐壁降温过程分为三个阶段,首先与低温氮气进行自然对流传热,温度缓慢下降,液位增长到相应高度后与液氮进行沸腾换热从而温度迅速下降,最后稳定在液氮温度;对于最终液位以上的罐壁,一直维持着平稳的降温速率;贮罐轴向应变全为负值,随着预冷过程进行轴向应变随之增大,与液氮接触的局部罐壁轴向应变会迅速增加。该项试验的成功进行有力地补充了国内大型卧罐预冷试验数据的空白,为低温贮罐可靠性及寿命预测等相关研究提供数据支撑。

为进一步了解大型卧罐预冷过程,搭建了60 m3卧式液氮贮罐预冷试验台,对小流量下贮罐预冷过程的降温和罐体应变特性开展了研究。结果表明:预冷过程罐内气体温度首先整体迅速降低,然后缓慢下降,且呈现分层现象;预冷初期液氮在罐底难以积累;靠近底部的罐壁降温过程分为三个阶段,首先与低温氮气进行自然对流传热,温度缓慢下降,液位增长到相应高度后与液氮进行沸腾换热从而温度迅速下降,最后稳定在液氮温度;对于最终液位以上的罐壁,一直维持着平稳的降温速率;贮罐轴向应变全为负值,随着预冷过程进行轴向应变随之增大,与液氮接触的局部罐壁轴向应变会迅速增加。该项试验的成功进行有力地补充了国内大型卧罐预冷试验数据的空白,为低温贮罐可靠性及寿命预测等相关研究提供数据支撑。

单头部模型燃烧室燃烧组织及NOx排放
王晶, 张漫, 张弛, 王建臣
2023, 38(1): 94-103. doi: 10.13224/j.cnki.jasp.20220525
摘要:

采用光学诊断与三维数值模拟结合的方式,研究了中心分级贫油预混预蒸发模型燃烧室燃烧组织与NOx生成特征。试验测量了模型燃烧室流速、燃油、OH和NO组分浓度分布。通过与试验结果对比,采用基于雷诺平均Navier-Stokes方程的方法对流场的预测误差为13.9%,喷雾张角预测误差为6.0%,预测的OH和NO组分分布特征与试验测量结果基本一致。数值结果表明,在单头部模型燃烧室中,主、预燃级火焰以弱耦合的方式组织燃烧,且大部分NO在预燃级高温区域生成。燃油分级比的变化(0.15~0.30)不影响燃烧室流动与火焰分布特征,但对燃烧室出口NOx生成量有一定影响,NOx生成量随着分级比增大而减少。

采用光学诊断与三维数值模拟结合的方式,研究了中心分级贫油预混预蒸发模型燃烧室燃烧组织与NOx生成特征。试验测量了模型燃烧室流速、燃油、OH和NO组分浓度分布。通过与试验结果对比,采用基于雷诺平均Navier-Stokes方程的方法对流场的预测误差为13.9%,喷雾张角预测误差为6.0%,预测的OH和NO组分分布特征与试验测量结果基本一致。数值结果表明,在单头部模型燃烧室中,主、预燃级火焰以弱耦合的方式组织燃烧,且大部分NO在预燃级高温区域生成。燃油分级比的变化(0.15~0.30)不影响燃烧室流动与火焰分布特征,但对燃烧室出口NOx生成量有一定影响,NOx生成量随着分级比增大而减少。

基于特征时间模型的高效喷雾燃烧数值模拟
尹钰, 杨天威, 周华, 任祝寅, 林宏军, 尚守堂
2023, 38(1): 104-115. doi: 10.13224/j.cnki.jasp.20210366
摘要:

开展了基于特征时间(CTS)燃烧模型的高效喷雾燃烧数值模拟研究。基于CTS模型与层流有限速率燃烧模型对CFM56航空发动机模型燃烧室进行了两相数值模拟,通过比较预测的火焰结构验证了CTS燃烧模型在喷雾燃烧中的适用性。通过采用CTS模型初始化燃烧场来提高有限速率燃烧模型的数值模拟效率,提出了基于CTS燃烧模型结合降维方法的高效数值模拟方法。结果表明:CTS燃烧模型较好预测了CFM56模型燃烧室的火焰形态和组分分布,可为有限速率燃烧模型的数值模拟提供良好的初始解;采用自适应建表(ISAT)方法可减小计算时间90%,在此基础上,基于CTS模型初始化的稳态算例收敛时间减少35%,进一步结合降维方法收敛时间减少40%,证明了CTS模型具有提高喷雾燃烧数值模拟效率的潜力。

开展了基于特征时间(CTS)燃烧模型的高效喷雾燃烧数值模拟研究。基于CTS模型与层流有限速率燃烧模型对CFM56航空发动机模型燃烧室进行了两相数值模拟,通过比较预测的火焰结构验证了CTS燃烧模型在喷雾燃烧中的适用性。通过采用CTS模型初始化燃烧场来提高有限速率燃烧模型的数值模拟效率,提出了基于CTS燃烧模型结合降维方法的高效数值模拟方法。结果表明:CTS燃烧模型较好预测了CFM56模型燃烧室的火焰形态和组分分布,可为有限速率燃烧模型的数值模拟提供良好的初始解;采用自适应建表(ISAT)方法可减小计算时间90%,在此基础上,基于CTS模型初始化的稳态算例收敛时间减少35%,进一步结合降维方法收敛时间减少40%,证明了CTS模型具有提高喷雾燃烧数值模拟效率的潜力。

基于波长调制技术的燃烧室出口温度分布TDLAT测试方法
刘重阳, 许振宇, 黄安, 宋文艳
2023, 38(1): 116-126. doi: 10.13224/j.cnki.jasp.20210451
摘要:

为给未来高推质比航空发动机燃烧室出口温度分布测试作技术储备,以某单管燃烧室为研究对象,采用可调谐半导体激光吸收层析成像(TDLAT)技术,在0.5~0.8 MPa压力环境下,研究了基于波长调制(WMS)技术的燃烧室出口温度分布测试方法的工程适用性。结果表明:通过多光路正交测量的方式,利用扣除背景的归一化波长调制光谱模型、变量轮换迭代反演及计算层析(CT)技术,可以实现具有时空分辨性的燃烧室出口温度分布式测量;场分布重建结果能够较正确地反映出燃气温度和H2O气体积分数随进口参数变化的趋势与特征;受燃烧流场的不均匀性、光谱模型建立与光谱参数标定的不准确、反演与重建算法的不完善等因素的影响,TDLAS测温均值低于热电偶测量结果,相对误差在15%~23%之间,测量数据的准确度距工程应用需求还有一定的差距。

为给未来高推质比航空发动机燃烧室出口温度分布测试作技术储备,以某单管燃烧室为研究对象,采用可调谐半导体激光吸收层析成像(TDLAT)技术,在0.5~0.8 MPa压力环境下,研究了基于波长调制(WMS)技术的燃烧室出口温度分布测试方法的工程适用性。结果表明:通过多光路正交测量的方式,利用扣除背景的归一化波长调制光谱模型、变量轮换迭代反演及计算层析(CT)技术,可以实现具有时空分辨性的燃烧室出口温度分布式测量;场分布重建结果能够较正确地反映出燃气温度和H2O气体积分数随进口参数变化的趋势与特征;受燃烧流场的不均匀性、光谱模型建立与光谱参数标定的不准确、反演与重建算法的不完善等因素的影响,TDLAS测温均值低于热电偶测量结果,相对误差在15%~23%之间,测量数据的准确度距工程应用需求还有一定的差距。

气动热力学与总体设计
涡轴发动机整机吞砂试验及性能退化评估
刘伟, 张赟
2023, 38(1): 127-133. doi: 10.13224/j.cnki.jasp.20210283
摘要:

为系统掌握砂尘侵蚀对涡轴发动机整机和零部件的影响,分析了国内外整机吞砂试验条款的差异及适用性,开展了某涡轴发动机整机吞砂试验研究。依据气动热力过程约束方程和发动机整机匹配约束条件,建立了涡轴发动机试验数据快速评估模型,完成了整机及各部件性能退化评估,并利用公开文献数据进行了对比分析。结果表明:功率和耗油率随吞砂时间呈二次函数规律退化,吞砂10 h功率损失10.2%,耗油率升高3.2%;吞砂造成压气机一级叶片弦长变短0.7%~3.4%、厚度减薄1.0%~3.0%,压气机流量下降4.1%、效率下降3.1%、增压比下降4.5%;燃气涡轮冷却气膜孔存在轻微堵塞和表面烧蚀,冷气量减少1.5%,效率下降0.5%;而动力涡轮效率因叶片表面光洁度提高有小幅提升。

为系统掌握砂尘侵蚀对涡轴发动机整机和零部件的影响,分析了国内外整机吞砂试验条款的差异及适用性,开展了某涡轴发动机整机吞砂试验研究。依据气动热力过程约束方程和发动机整机匹配约束条件,建立了涡轴发动机试验数据快速评估模型,完成了整机及各部件性能退化评估,并利用公开文献数据进行了对比分析。结果表明:功率和耗油率随吞砂时间呈二次函数规律退化,吞砂10 h功率损失10.2%,耗油率升高3.2%;吞砂造成压气机一级叶片弦长变短0.7%~3.4%、厚度减薄1.0%~3.0%,压气机流量下降4.1%、效率下降3.1%、增压比下降4.5%;燃气涡轮冷却气膜孔存在轻微堵塞和表面烧蚀,冷气量减少1.5%,效率下降0.5%;而动力涡轮效率因叶片表面光洁度提高有小幅提升。

超声速旋流器内气相流场的数值模拟
刘仪, 丁畅, 孙万林, 姜克建, 黄言理
2023, 38(1): 134-143. doi: 10.13224/j.cnki.jasp.20210434
摘要:

为了研究旋流对超声速喷管内流场的影响,在现有旋流器的基础上,通过简化模型而设计出一套前置式超声速旋流器装置,并建立不同旋流器下的三维几何模型,利用计算流体动力学(CFD)软件Fluent,结合realizable k-ε湍流模型对气相流场进行数值模拟。结果表明:在保持入口总压恒定时,随着进气道数量的减少,气体在旋流器中产生的最大切向速度会增大,但不会改变喷管流动具有组合螺旋涡的特性;由于气体的角动量是以减小轴向动量为代价,切向速度的增大,导致出口截面处的平均轴向速度减小;入口总压增大时,气体速度与静温在收缩段的分布接近,在扩张段,气体速度和马赫数增大,而静温减小,并且切向速度在出口截面沿径向方向上呈现出几乎相同的分布。

为了研究旋流对超声速喷管内流场的影响,在现有旋流器的基础上,通过简化模型而设计出一套前置式超声速旋流器装置,并建立不同旋流器下的三维几何模型,利用计算流体动力学(CFD)软件Fluent,结合realizable k-ε湍流模型对气相流场进行数值模拟。结果表明:在保持入口总压恒定时,随着进气道数量的减少,气体在旋流器中产生的最大切向速度会增大,但不会改变喷管流动具有组合螺旋涡的特性;由于气体的角动量是以减小轴向动量为代价,切向速度的增大,导致出口截面处的平均轴向速度减小;入口总压增大时,气体速度与静温在收缩段的分布接近,在扩张段,气体速度和马赫数增大,而静温减小,并且切向速度在出口截面沿径向方向上呈现出几乎相同的分布。

航空发动机全机推力试车台测力方法与校准技术
丁旭, 冯传奇, 薛文鹏, 宋江涛
2023, 38(1): 144-150. doi: 10.13224/j.cnki.jasp.20210362
摘要:

为了实现航空发动机全机推力测量,研制了一种航空发动机装机条件下的推力测量平台,该平台采用“品”字形布局,嵌入到地面的试验地坑以下,实现了对不同类型飞机的推力测量。介绍了测量系统以及校准方法,使用该测量平台,分别对某大型运输机和战斗机进行了推力测量试验,实现了该两型飞机的推力测量,测量精度高,由于进排气以及发动机安装位置的影响,全机推力测量平台所测得的发动机装机推力与台架标准推力相比存在一定差距,运输类飞机推力损失一般小于3%,战斗机损失达到了5%~15.1%之间。

为了实现航空发动机全机推力测量,研制了一种航空发动机装机条件下的推力测量平台,该平台采用“品”字形布局,嵌入到地面的试验地坑以下,实现了对不同类型飞机的推力测量。介绍了测量系统以及校准方法,使用该测量平台,分别对某大型运输机和战斗机进行了推力测量试验,实现了该两型飞机的推力测量,测量精度高,由于进排气以及发动机安装位置的影响,全机推力测量平台所测得的发动机装机推力与台架标准推力相比存在一定差距,运输类飞机推力损失一般小于3%,战斗机损失达到了5%~15.1%之间。

大型运输机地面涡流场数值模拟
杨柳, 刘雨, 王俊琦
2023, 38(1): 151-159. doi: 10.13224/j.cnki.jasp.20210435
摘要:

针对地面涡现象,建立了大型运输机装配涡扇发动机的三维模型,采用数值仿真方法模拟计算不同风速、风向、滑行速度条件下的地面涡流场。根据计算结果分析得到了地面涡流场分布特征及变化规律,提出了该型机运营过程中的注意事项。结果表明:针对该型机,地面涡进气主要造成进气旋流畸变,进气总压畸变水平较低,畸变指数保持在1.1%~1.7%之间。逆风风速大于5 m/s时地面涡消失,其强度随风速增加先增后减;随着风向变化,地面涡流场的涡系结构不断变化,处于下风侧的短舱更容易产生地面涡;滑行条件下地面涡强度变化较小,滑行速度达到3 m/s时已无涡吸入。实际使用中,地面静止开车时应着重观察旋流畸变较大的1号、4号发动机的工作状态;滑行时应着重观察地面涡吸入能力较强的2号、3号发动机的外物吸入情况。

针对地面涡现象,建立了大型运输机装配涡扇发动机的三维模型,采用数值仿真方法模拟计算不同风速、风向、滑行速度条件下的地面涡流场。根据计算结果分析得到了地面涡流场分布特征及变化规律,提出了该型机运营过程中的注意事项。结果表明:针对该型机,地面涡进气主要造成进气旋流畸变,进气总压畸变水平较低,畸变指数保持在1.1%~1.7%之间。逆风风速大于5 m/s时地面涡消失,其强度随风速增加先增后减;随着风向变化,地面涡流场的涡系结构不断变化,处于下风侧的短舱更容易产生地面涡;滑行条件下地面涡强度变化较小,滑行速度达到3 m/s时已无涡吸入。实际使用中,地面静止开车时应着重观察旋流畸变较大的1号、4号发动机的工作状态;滑行时应着重观察地面涡吸入能力较强的2号、3号发动机的外物吸入情况。

节径凸起结构对串列双圆柱干涉噪声的影响
王大庆, 仝帆, 冯和英, 王勇, 杨成浩
2023, 38(1): 160-172. doi: 10.13224/j.cnki.jasp.20210421
摘要:

为探究周期性节径凸起结构对串列双圆柱体钝体杆件干涉噪声的降噪效果与降噪规律,在0.55 m×0.4 m声学消声风洞开展了串列双圆柱降噪实验,设计了8种不同参数的周期性节径凸起结构,实验研究了4种不同来流速度(雷诺数为0.4×105~1.6×105)下周期性节径凸起结构对串列双圆柱干涉噪声的影响。研究表明:周期性节径凸起结构可以减弱甚至完全抑制单音峰值噪声的产生,最大峰值噪声降噪量可达近30 dB,总声压级最高降噪量可达18.1 dB。不同工况状态下,各种参数化结构对噪声抑制能力有所不同,均存在最佳值,其中凸起高度为(0.1D~0.15D)、凸起间距为0.5D左右(D为基准圆柱直径)的周期性节径凸起结构在较广工况范围下都具有较好的降噪效果。周期性节径凸起结构的引入,不仅改变了串列双圆柱对应的峰值特征频率和涡脱落频率,而且抑制圆柱杆件卡门涡街的产生。

为探究周期性节径凸起结构对串列双圆柱体钝体杆件干涉噪声的降噪效果与降噪规律,在0.55 m×0.4 m声学消声风洞开展了串列双圆柱降噪实验,设计了8种不同参数的周期性节径凸起结构,实验研究了4种不同来流速度(雷诺数为0.4×105~1.6×105)下周期性节径凸起结构对串列双圆柱干涉噪声的影响。研究表明:周期性节径凸起结构可以减弱甚至完全抑制单音峰值噪声的产生,最大峰值噪声降噪量可达近30 dB,总声压级最高降噪量可达18.1 dB。不同工况状态下,各种参数化结构对噪声抑制能力有所不同,均存在最佳值,其中凸起高度为(0.1D~0.15D)、凸起间距为0.5D左右(D为基准圆柱直径)的周期性节径凸起结构在较广工况范围下都具有较好的降噪效果。周期性节径凸起结构的引入,不仅改变了串列双圆柱对应的峰值特征频率和涡脱落频率,而且抑制圆柱杆件卡门涡街的产生。

双通道内并联式进气道模态转换过程流动特性分析
赵家辉, 杨顺华, 游进, 王宇航, 罗佳茂, 张千丰
2023, 38(1): 173-183. doi: 10.13224/j.cnki.jasp.20220519
摘要:

针对双通道内并联式进气道,采用数值模拟方法研究了模态转换过程中分流板高度对抗反压能力及高/低速通道质量流量耦合时的流动特性,得到低速通道工作边界曲线,并使用动网格计算方法验证了其可靠性。结果表明:模态转换过程中随着低速通道反压增大,结尾激波会扰出低速通道并在喉道处周期性振荡,进而影响高/低速通道质量流量分配特性;当结尾激波发生周期性振荡时,反压越大,振荡频率越小,当反压进一步增大时,进气道将出现不起动;随着低速通道关闭程度增大,其抗反压能力减弱,进气道更容易发生不起动。

针对双通道内并联式进气道,采用数值模拟方法研究了模态转换过程中分流板高度对抗反压能力及高/低速通道质量流量耦合时的流动特性,得到低速通道工作边界曲线,并使用动网格计算方法验证了其可靠性。结果表明:模态转换过程中随着低速通道反压增大,结尾激波会扰出低速通道并在喉道处周期性振荡,进而影响高/低速通道质量流量分配特性;当结尾激波发生周期性振荡时,反压越大,振荡频率越小,当反压进一步增大时,进气道将出现不起动;随着低速通道关闭程度增大,其抗反压能力减弱,进气道更容易发生不起动。

叶轮机械
不同来流附面层厚度下容腔泄漏流对围带式静叶性能影响
孔晓治, 黄天硕, 刘育心, 王成泽, 陆华伟
2023, 38(1): 184-196. doi: 10.13224/j.cnki.jasp.20220445
摘要:

基于验证的数值模拟方法,针对带容腔结构的围带式静叶,研究了容腔泄漏流对其性能的影响以及容腔泄漏流与主流的相互干涉作用。在不同的来流附面层厚度下,探讨了叶栅二次流运动和角区分离发展情况,并通过总压损失系数和熵增系数对性能变化进行评判。结果表明:附面层厚度的增加使无容腔扩压叶栅总压损失系数和熵增损失系数增加。容腔泄漏流使叶片前缘出现容腔泄漏涡,并对通道涡的发展和集中脱落涡的大小产生影响;同时容腔泄漏流加强了叶栅通道内的三维流动效应,削弱了近端壁面流体的横向偏转;随着附面层增厚,带容腔的扩压叶栅的总压损失系数和熵增损失系数变化程度不明显。

基于验证的数值模拟方法,针对带容腔结构的围带式静叶,研究了容腔泄漏流对其性能的影响以及容腔泄漏流与主流的相互干涉作用。在不同的来流附面层厚度下,探讨了叶栅二次流运动和角区分离发展情况,并通过总压损失系数和熵增系数对性能变化进行评判。结果表明:附面层厚度的增加使无容腔扩压叶栅总压损失系数和熵增损失系数增加。容腔泄漏流使叶片前缘出现容腔泄漏涡,并对通道涡的发展和集中脱落涡的大小产生影响;同时容腔泄漏流加强了叶栅通道内的三维流动效应,削弱了近端壁面流体的横向偏转;随着附面层增厚,带容腔的扩压叶栅的总压损失系数和熵增损失系数变化程度不明显。

航空液压泵脉动压力的解析表达与级数展开
江辉军, 张军禹, 周小锴, 李巍, 马军, 仇原鹰, 李静
2023, 38(1): 197-205. doi: 10.13224/j.cnki.jasp.20220288
摘要:

为了深入研究航空液压泵输出油液的脉动压力特性,以航空液压柱塞泵为研究对象,分析了柱塞泵运动和体积流量脉动的成因,推导了柱塞泵排油口的体积流量脉动函数表达式,建立了油液压力与体积流量脉动函数之间的联系,并采用傅里叶级数模拟了与实验数据吻合的多级脉动压力曲线。结果表明:模拟脉动压力曲线与实验数据基频、2倍频的相对误差均在5%以内,基频及2倍频处的压力幅值的相对误差均在1%以内,使用包含基频与2倍频的级数近似可以描绘航空液压柱塞泵出口处周期脉动压力的主要特征。研究结果为进行飞机液压系统管路结构的流固耦合振动仿真提供了载荷输入依据。

为了深入研究航空液压泵输出油液的脉动压力特性,以航空液压柱塞泵为研究对象,分析了柱塞泵运动和体积流量脉动的成因,推导了柱塞泵排油口的体积流量脉动函数表达式,建立了油液压力与体积流量脉动函数之间的联系,并采用傅里叶级数模拟了与实验数据吻合的多级脉动压力曲线。结果表明:模拟脉动压力曲线与实验数据基频、2倍频的相对误差均在5%以内,基频及2倍频处的压力幅值的相对误差均在1%以内,使用包含基频与2倍频的级数近似可以描绘航空液压柱塞泵出口处周期脉动压力的主要特征。研究结果为进行飞机液压系统管路结构的流固耦合振动仿真提供了载荷输入依据。

基于补偿切割法的离心泵轴向力控制试验
曾继来, 刘在伦, 吴新瑞, 赵伟国, 张森
2023, 38(1): 206-214. doi: 10.13224/j.cnki.jasp.20220270
摘要:

为解决切割叶轮后盖板平衡轴向力的方法会导致泵扬程和效率降低这一关键问题,提出了一种补偿叶轮后盖板切割量平衡轴向力的方法。采用在同一个叶轮上切割叶轮后盖板和补偿叶轮后盖板切割量的研究方案,开展了泵性能、叶顶间隙压力、前后泵腔及平衡腔液体压力的系统测量。试验研究表明:以原型叶轮在设计流量下的扬程、效率和轴向力为基准,相对切割率为3.81%、7.62%、11.43%时,泵的扬程分别下降了3.52%、6.41%、9.93%,效率分别下降了2.97%、4.59%、6.18%,轴向力分别降低了8.02%、20.57%、22.3%;而补偿叶轮后盖板切割量后,泵的扬程最大降幅仅为4.18%,效率最大降幅仅为2.7%,轴向力最大降幅达到了83.1%;相对于切割叶轮后盖板而言,补偿叶轮后盖板切割量可以使前泵腔压力升高而后泵腔压力降低。

为解决切割叶轮后盖板平衡轴向力的方法会导致泵扬程和效率降低这一关键问题,提出了一种补偿叶轮后盖板切割量平衡轴向力的方法。采用在同一个叶轮上切割叶轮后盖板和补偿叶轮后盖板切割量的研究方案,开展了泵性能、叶顶间隙压力、前后泵腔及平衡腔液体压力的系统测量。试验研究表明:以原型叶轮在设计流量下的扬程、效率和轴向力为基准,相对切割率为3.81%、7.62%、11.43%时,泵的扬程分别下降了3.52%、6.41%、9.93%,效率分别下降了2.97%、4.59%、6.18%,轴向力分别降低了8.02%、20.57%、22.3%;而补偿叶轮后盖板切割量后,泵的扬程最大降幅仅为4.18%,效率最大降幅仅为2.7%,轴向力最大降幅达到了83.1%;相对于切割叶轮后盖板而言,补偿叶轮后盖板切割量可以使前泵腔压力升高而后泵腔压力降低。

进口导叶角对叶根失稳压气机流动失稳的影响
陈晓松, 武文倩, 潘天宇, 李秋实
2023, 38(1): 215-222. doi: 10.13224/j.cnki.jasp.20210355
摘要:

以一台航空高速压气机为研究对象,通过加装进口导叶调整压气机进气预旋角,采集失稳过程中的动态压力信号,观察不同导叶角度、流动失稳演化过程。结果表明:在负导叶角情况下,压气机由转子叶尖突尖波引起失稳;在零导叶角及较小的正导叶角情况下,由静子叶根区域的局部喘振诱发失稳;在较大的正导叶角情况下,静子叶根在节流过程中首先出现局部失稳,进一步节流导致叶尖旋转失速团出现,压气机完全失稳。分析认为,导叶角的增加通过降低反力度,调整了转静间的负荷分配,从而引起了失速初始扰动发生上述“转子突尖波-静子局部喘振-静子局部失稳”的转变。

以一台航空高速压气机为研究对象,通过加装进口导叶调整压气机进气预旋角,采集失稳过程中的动态压力信号,观察不同导叶角度、流动失稳演化过程。结果表明:在负导叶角情况下,压气机由转子叶尖突尖波引起失稳;在零导叶角及较小的正导叶角情况下,由静子叶根区域的局部喘振诱发失稳;在较大的正导叶角情况下,静子叶根在节流过程中首先出现局部失稳,进一步节流导致叶尖旋转失速团出现,压气机完全失稳。分析认为,导叶角的增加通过降低反力度,调整了转静间的负荷分配,从而引起了失速初始扰动发生上述“转子突尖波-静子局部喘振-静子局部失稳”的转变。

火箭发动机
流场不均匀对液体火箭发动机纵向振荡燃烧影响及控制
李龙飞, 杨宝庆, 葛树宏, 刘佩进, 刘新华
2023, 38(1): 223-229. doi: 10.13224/j.cnki.jasp.20210356
摘要:

针对常温推进剂发动机推力室再生冷却和撞击式喷注器结构,分析了推力室身部与喷注器对接部位的流场特性,对流场均匀性进行了实验测量。结果表明:推力室身部再生冷却通道出口压力存在约0.15 MPa周向不均匀。身部出口节流显著提高局部流速,使喷注器面氧化剂湍流度和不均匀性增加,进而改变燃烧特性。通过撞击喷注单元雾化试验,获得了18 m/s的推进剂入口边界流速。基于喷注器流场均匀性,提出控制推进剂流速,降低不均匀性,进而抑制纵向高频燃烧不稳定性的控制方法。发动机热试结果表明,采用(15±1) m/s的推进剂入口流速,控制方法抑制了纵向高频燃烧不稳定性。

针对常温推进剂发动机推力室再生冷却和撞击式喷注器结构,分析了推力室身部与喷注器对接部位的流场特性,对流场均匀性进行了实验测量。结果表明:推力室身部再生冷却通道出口压力存在约0.15 MPa周向不均匀。身部出口节流显著提高局部流速,使喷注器面氧化剂湍流度和不均匀性增加,进而改变燃烧特性。通过撞击喷注单元雾化试验,获得了18 m/s的推进剂入口边界流速。基于喷注器流场均匀性,提出控制推进剂流速,降低不均匀性,进而抑制纵向高频燃烧不稳定性的控制方法。发动机热试结果表明,采用(15±1) m/s的推进剂入口流速,控制方法抑制了纵向高频燃烧不稳定性。

液体火箭发动机供应系统频率特性
董蒙, 谭永华, 邢理想, 徐浩海, 李鹏飞
2023, 38(1): 230-239. doi: 10.13224/j.cnki.jasp.20210363
摘要:

为了研究减少液体火箭发动机供应系统振荡的有效工程措施,对模型系统与真实系统建立适用于中高频分析的线性化复频域传递函数矩阵模型,结合节流圈阻抗与管路特征阻抗对比方法,分析系统流路在出口压力激励下的频率特性。结果表明:激励源端可能产生谐振频率偏移效应,应选取非激励源端的幅频响应来判断系统谐振频率;节流圈具有较强的频率选择性和对表现出反谐振特征的系统具有位置选择性,需重视关注的频率与位置;节流圈位置越靠近流量振型波腹,或流量波腹位置处的节流圈压降越大,对流路中振荡衰减作用越大。针对该液体火箭发动机供应系统,缩短液氧路管长0.1 m,增大煤油路管长0.05 m,并调整节流圈压降分配,可有效减小供应系统振荡。

为了研究减少液体火箭发动机供应系统振荡的有效工程措施,对模型系统与真实系统建立适用于中高频分析的线性化复频域传递函数矩阵模型,结合节流圈阻抗与管路特征阻抗对比方法,分析系统流路在出口压力激励下的频率特性。结果表明:激励源端可能产生谐振频率偏移效应,应选取非激励源端的幅频响应来判断系统谐振频率;节流圈具有较强的频率选择性和对表现出反谐振特征的系统具有位置选择性,需重视关注的频率与位置;节流圈位置越靠近流量振型波腹,或流量波腹位置处的节流圈压降越大,对流路中振荡衰减作用越大。针对该液体火箭发动机供应系统,缩短液氧路管长0.1 m,增大煤油路管长0.05 m,并调整节流圈压降分配,可有效减小供应系统振荡。

自动控制
动力短舱校准装置的供气 流量控制策略
陈旷, 章荣平, 晋荣超
2023, 38(1): 240-249. doi: 10.13224/j.cnki.jasp.20220497
摘要:

为了降低动力短舱校准装置的马赫数波动,提高校准数据的准确性,需要对供气流量控制策略进行研究。对系统整体特性进行了分析,对高压供气控制系统采用广义预测控制算法实现在一定时域内的最优控制,针对气源压力扰动导致的流量稳定性较差的问题,采用带遗忘因子的递推最小二乘法在线辨识扰动模型,通过扰动前馈的控制结构实现对于扰动的有效抑制。针对数字阀切换过程不同步导致的流量冲击现象,设计了一种针对数字阀的异步切换控制器来抑制该扰动。开展了某型号短舱的校准试验,结果表明:供气流量控制精度优于±0.001 kg/s,马赫数控制精度优于0.0005,控制效率提升了40%,证明所提出的控制策略是有效的。

为了降低动力短舱校准装置的马赫数波动,提高校准数据的准确性,需要对供气流量控制策略进行研究。对系统整体特性进行了分析,对高压供气控制系统采用广义预测控制算法实现在一定时域内的最优控制,针对气源压力扰动导致的流量稳定性较差的问题,采用带遗忘因子的递推最小二乘法在线辨识扰动模型,通过扰动前馈的控制结构实现对于扰动的有效抑制。针对数字阀切换过程不同步导致的流量冲击现象,设计了一种针对数字阀的异步切换控制器来抑制该扰动。开展了某型号短舱的校准试验,结果表明:供气流量控制精度优于±0.001 kg/s,马赫数控制精度优于0.0005,控制效率提升了40%,证明所提出的控制策略是有效的。

安全性、适航
基于粒子群算法的飞机燃油箱热参数反演
杜明杰, 吕旭飞, 魏锦洲, 姚尚宏
2023, 38(1): 250-256. doi: 10.13224/j.cnki.jasp.20210360
摘要:

为获取用于定量评估可燃性的飞机燃油箱热参数,从集中参数法建立燃油箱热模型的假设出发,基于粒子群算法和飞行试验数据,对某型飞机中央油箱热参数的反演进行了探索。选取了4种不同的参数作为目标函数,对比研究了目标函数的选取对热参数反演结果的影响。研究结果显示:反演得出的燃油箱热参数模型,其输出值与试验值变化规律一致,证明了该方法的有效性;其次以整体均方差为目标函数的反演结果与试验值最为吻合,模型输出值与试验值最大偏差为2.62 K;最后对整体均方差增加惩罚项的措施能够使反演后热参数模型满足适航规章的要求。

为获取用于定量评估可燃性的飞机燃油箱热参数,从集中参数法建立燃油箱热模型的假设出发,基于粒子群算法和飞行试验数据,对某型飞机中央油箱热参数的反演进行了探索。选取了4种不同的参数作为目标函数,对比研究了目标函数的选取对热参数反演结果的影响。研究结果显示:反演得出的燃油箱热参数模型,其输出值与试验值变化规律一致,证明了该方法的有效性;其次以整体均方差为目标函数的反演结果与试验值最为吻合,模型输出值与试验值最大偏差为2.62 K;最后对整体均方差增加惩罚项的措施能够使反演后热参数模型满足适航规章的要求。