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2006年  第21卷  第4期

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研究论文
具有离散出气孔的旋转盘冷却效果的实验
罗翔, 徐国强, 陶智, 丁水汀
2006, 21(4): 621-625.
摘要 PDF(435KB) icon1447 icon416
摘要:
为了获得中心进气的冷气对具有离散出气孔的旋转盘的冷却效果,分别采用热色液晶和热电偶来测量转盘表面温度分布。影响冷却效果的主要因素是旋转雷诺数和冷气流量系数,分析了其对无量纲过余表面平均温度和无量纲径向表面温差的影响。随着旋转雷诺数和进气流量系数增加,转盘无量纲过余表面平均温度和无量纲径向表面温差全都下降。转盘上的通孔有利于对转盘的冷却,并且转盘通孔的尺寸越大,冷气对转盘的冷却效果越好。
半封闭通道射流冲击换热特性的实验
张泽远, 张靖周, 杨卫华
2006, 21(4): 626-630.
摘要 PDF(1188KB) icon1576 icon469
摘要:
运用红外热像仪测试技术对半封闭通道单、双排孔射流冲击冷却进行了热像显示试验,总结了各种流动参数和几何参数对局部换热特性的影响规律:对于单排垂直射流,冲击冷却效果随冲击雷诺数的增加、孔间距与直径比的减小而得到提高,冲击间距比为2时换热效果最好;冲击孔中心线向通道封闭一侧倾斜后,射流冲击冷却的范围变窄,当冲击间距比大于2时驻点区的对流换热能力明显降低;对于双排冲击射流,在较小的冲击射流雷诺数和较大的冲击间距比下,后排射流的冲击换热效果要逊于前排射流。
无加力涡扇发动机二元喷管的红外辐射特性实验
罗明东, 吉洪湖, 黄伟, 蔡旭, 张勃, 高潮
2006, 21(4): 631-636.
摘要 PDF(841KB) icon1770 icon447
摘要:
对轴对称喷管和一组长宽比分别为1,4,8,12和16的二元喷管进行了红外辐射特性测试实验研究。喷管中的气流由主流燃气和次流空气组成,用以模拟涡扇发动机的喷管。得出了二元喷管的红外辐射强度的空间分布,并且将二元喷管和轴对称喷管的红外辐射强度进行了比较。
供油时间改变对脉冲爆震发动机工作特性的影响
张义宁, 王家骅, 范育新, 李建中, 张靖周
2006, 21(4): 637-641.
摘要 PDF(320KB) icon1537 icon430
摘要:
为了提高脉冲爆震发动机(Pulse Detonation Engine,简称PDE)工作的协调性。试验获得汽油/空气混气点火延迟时间约为3.6 ms,缓燃向爆震转变(Deflagration-to-Detonation transition,简称DDT)过程所需时间约3.8 ms。对PDE一个工作周期进行合理的时间分配,采用电磁阀控制停止供油时间,动态压力传感器测量爆震波压力,研究PDE在一定的工作周期内的工作性能,发现对于小管径的,两相混气PDE可以不用隔离段;在亚音燃烧时段继续供油,PDE仍可以正常工作;在PDE膨胀时间段供油会使爆震波的压力峰值下降。研究的结果对提高PDE的工作频率及更好的组织两相爆震燃烧有一定的参考价值。
用不同化学反应模型对煤油超声速燃烧的数值分析
蔡元虎, 刘欧子, 胡欲立, 刘敬华, 凌文辉
2006, 21(4): 642-646.
摘要 PDF(1426KB) icon1741 icon471
摘要:
采用单步不可逆有限速率化学反应模型,同时结合离散液滴模型、概率密度函数紊流燃烧模型的混合分数平衡化学反应模型,对煤油在双模态燃烧室内的燃烧进行了数值分析。通过比较数值计算结果与实验结果,说明计算所采用的模型是有效的。在给定的计算条件下,与单步不可逆有限速率化学反应模型相比,结合了离散液滴模型的混合分数化学反应模型更能准确地预测煤油在双模态燃烧室内的喷雾燃烧,并且集燃料喷射、混合及火焰稳定为一体的凹槽火焰稳定器增强了燃料的混合和燃烧,使燃烧效率在燃烧室出口达0.880 6。
旋转封闭循环小通道内液态金属热驱动换热特性研究
毛军逵, 徐若颖, 常海萍
2006, 21(4): 647-652.
摘要 PDF(352KB) icon1716 icon444
摘要:
高速旋转条件下,封闭循环小通道内的流体(热驱动介质)在浮升力的作用下会产生热驱动运动,将热量不断的从高温端携带至冷却端释放。本文通过数值模拟的方法,研究了离心力场下封闭循环小通道中,不同性质流体的流动和换热特性。重点分析了以液态金属锂、钠和钠钾合金为热驱动介质时,热驱动运动的换热特性Nu随Bu和Ro两个参数的变化规律。研究中发现在一定的Bu数变化范围内,以液态金属锂、钠以及钠钾合金为热驱动介质所得到的Nu均随Ro数的增大而减小;当Ro数相同时,Nu随Bu数的增加而变大。研究结果表明高转速,低加热量时,采用液态钠钾合金为热驱动介质可以得到最好的热驱动换热效果;在高转速,高加热量时以液态锂为热驱动介质时,热驱动换热能力最强。
射流布局结构对短通道出流孔流场影响的实验
刘海涌, 孔满昭, 刘松龄, 沈天荣
2006, 21(4): 653-657.
摘要 PDF(1655KB) icon1380 icon475
摘要:
用五孔针对两种不同错排射流布局下小长径比、进出口无倒角的直孔内流场进行了详细的测量,着重研究不同通道高度时射流布局对孔内流动规律的影响。实验结果表明:在通道高度比为1时,射流布局影响较小,孔内流动非常类似;当通道高度比增加到3,5时,射流布局影响明显,使孔内流场出现截然不同的变化;孔流量系数受射流布局影响较大,并随通道高度增加有所变化。
带三角形突片气膜冷却结构换热特性的数值研究
姚玉, 张靖周, 李永康
2006, 21(4): 658-662.
摘要 PDF(1052KB) icon1519 icon425
摘要:
运用RNG k-ε湍流模型对带平行于冷却壁面、且覆盖部分气膜孔的三角形突片气膜冷却结构,在不同吹风比和突片几何参数下的换热特性进行了研究。结果表明:在吹风比小于1时,突片对提高气膜冷却有效温比和增强换热的作用不大;当吹风比大于1时,突片对于提高气膜冷却的有效温比和换热增强比具有显著的作用,而且随着突片尺寸的加大,气膜冷却有效温比和换热增强比的提高幅度越大。
汽油/空气两相脉冲爆震发动机触发爆震的研究
张义宁, 王家骅, 刘鸿, 张靖周
2006, 21(4): 663-667.
摘要 PDF(801KB) icon1678 icon465
摘要:
有效的触发爆震波是脉冲爆震发动机正常工作的关键所在。为了在多循环两相脉冲爆震发动机的缓燃到爆震转变过程中,有效的控制激波反射,成功的触发爆震。通过在爆震室内合理的排放障碍物来促进激波与火焰的相互作用,组织激波反射,适时的触发爆震,从而有效地缩短促发爆震的距离,并最终获得充分发展的爆震波。试验发现爆震管内同样的障碍物在不同的位置起到的作用不同。在直径58 mm,长度1275 mm的汽油/空气PDE爆震管内成功触发频率为50 Hz的爆震。
周向弯曲方向对弯掠叶片气动-声学性能影响的实验
欧阳华, 李杨, 杜朝辉, 钟芳源
2006, 21(4): 668-674.
摘要 PDF(895KB) icon1476 icon513
摘要:
以具有相同几何参数的常规径向叶片、周向前弯和周向后弯叶片为研究对象,对旋转动叶片周向弯曲后叶轮的气动和声学性能进行了对比试验研究。同时采用五孔探针半对向测量方法研究了周向弯曲后出口气流参数沿叶高的分布规律。结果表明,与原型径向叶轮相比,在保持叶片几何参数不变,仅引入周向弯曲后,无论周向前弯还是后弯,均导致叶轮的效率和压升降低。叶片周向前弯可以有效地降低气动噪声,大幅度地增加风扇的喘振裕度。在相同的周向弯曲角度下,采用周向前弯技术明显优于周向后弯。此外,研究表明弯掠叶片径向力对于气流参数沿叶高的分布具有较大的影响。周向前弯叶轮改善了叶顶附近的流动状况,但中部叶高区域的损失增加。对于周向后弯叶轮,虽然叶片中部损失减小,但两端部损失增加明显。
自耦合射流对平行主射流的矢量偏转PIV实验
李念, 张堃元, 徐惊雷, 沙江
2006, 21(4): 675-680.
摘要 PDF(893KB) icon1428 icon471
摘要:
为研究不同激励信号下自耦合射流对主射流的矢量偏转的影响,采用二者平行布局的方式,利用压电陶瓷单缝激励器出口两侧形成的低压区的卷吸作用,使主射流发生了明显地矢量偏转。PIV实验表明,当激励信号f=400 Hz时,自耦合射流的动量通量达到最大,主射流的对环境气体的卷吸能力最强,其边界也达到了最宽;而当激励信号f=500 Hz时,激励器出口缝处表现出最强的卷吸作用,并使流速2.6 m/s的主射流发生了最大48°的矢量偏转。
激波诱导二元矢量喷管内流特性数值研究
王全, 王强
2006, 21(4): 681-685.
摘要 PDF(356KB) icon1569 icon422
摘要:
采用三种不同湍流模型分别对激波诱导二元矢量喷管内流场进行计算,并将计算结果与模型试验结果进行了分析比较,得出重整化群(RNG)k-ε二方程模型为文中数值模拟中最有效的湍流模型。对该型喷管的计算结果分析表明,喷管矢量角的计算值和实验值基本吻合;在NPR=4,ω=9.6%情况下,矢量角最大可以达到16.61°;注气位置、注气压力和喷管落压比对矢量角的影响比较大。
进气道内加装导流体对低压转子振动特性影响分析
侯安平, 李秋实, 周盛, 唐昭勇, 冯维林, 吴承杰
2006, 21(4): 686-692.
摘要 PDF(726KB) icon1542 icon445
摘要:
对发动机进口前进气道管道内安装导流体后可能导致的压气机低压转子流动诱发振动现象进行了评估。通过定常和非定常数值模拟发现,以导流体叶片数决定的通过频率对发动机低压转子振动特性的影响较小;同时由于导流体尾迹内部脱落涡强度太低,其脱落频率也不会对发动机低压转子振动特性产生影响。计算结果表明,本算例中导流体的叶型设计和安装位置是合理的。
上游叶片尾迹对转子叶片非定常表面压力频谱特性影响的研究
王英锋, 胡骏, 罗标能, 李传鹏
2006, 21(4): 693-699.
摘要 PDF(1130KB) icon1552 icon485
摘要:
为了研究上游叶片尾迹对轴流压气机转子叶片非定常表面压力的影响,采用在叶片表面埋设微型压力传感器的方法,测量了一个单级低速轴流压气机转子叶片的非定常压力分布。对转子叶片非定常压力分布的分析显示:转子叶片压力面非定常表面压力主要受上游叶片尾迹影响,其主导频率为上游叶片尾迹频率及其倍频,压力波动幅度随上游叶片尾迹的衰减而沿流向减弱。转子叶片吸力面非定常压力受叶片附面层和上游叶片尾迹共同影响,其主导频率为上游叶片尾迹频率及其倍频,但是在吸力面前部气流加速区压力波动幅度沿流向增大,而在吸力面后部气流减速区压力波动幅度沿流向减小。在存在尾缘分离的情况下,在分离区附近产生较大压力波动。尾缘气流分离产生的压力波动频谱中含有上游叶片尾迹频率及其倍频的分量,但其频谱可能比较复杂,并非单一地受上游叶片尾迹影响。
跷跷板旋翼舰面瞬态气弹响应分析及抑制方法
韩东, 高正, 王浩文, 李昕柏
2006, 21(4): 700-705.
摘要 PDF(455KB) icon1437 icon455
摘要:
为了研究跷跷板旋翼在舰面起动和停转过程中的瞬态气弹响应问题,本文在中等变形梁的基础上,引入跷跷板旋翼整体挥舞有限转角广义坐标,采用非线性准定常气动模型,根据Hamilton原理建立了基于广义力的跷跷板旋翼动力学方程,舰面流场采用试验测试数据。通过与国外试验数据及计算值的对比验证了本文计算模型的正确性。计算表明,舰面跷跷板旋翼存在桨叶过大挥舞与机体相碰的问题。对于可能防止相碰的机械措施和操纵方式进行了分析。
某涡轮盘低循环疲劳概率寿命数值模拟
唐俊星, 陆山
2006, 21(4): 706-710.
摘要 PDF(552KB) icon1488 icon462
摘要:
针对发动机轮盘疲劳萌生寿命具有较大分散性,且难于准确确定安全寿命边界的特点,基于应变疲劳概率分析模型,以转速、材料属性、盘轴连接销钉孔处过盈量作为随机变量,应用响应面与蒙特卡洛模拟结合,获得某涡轮盘寿命概率分布,并得到可靠度为99.87%的概率寿命,与轮盘试验技术寿命吻合良好。
具有干摩擦散乱失谐的叶盘受迫响应特性
王红建, 贺尔铭, 余仕侠
2006, 21(4): 711-715.
摘要 PDF(326KB) icon1680 icon402
摘要:
阻尼件是叶盘结构中起减振作用的主要部件,而阻尼件的干摩擦散乱失谐会影响其在叶盘振动中的减振作用。本文利用谐波平衡法与快速傅立叶变换技术,对具有非线性干摩擦力的叶盘受迫响应进行了数学建模,仿真分析了叶盘系统在各种耦合、粘性阻尼比、干摩擦强度、干摩擦散乱失谐程度等参数影响下的受迫响应规律。研究结果显示,叶盘系统在弱耦合和粘性阻尼比较大的情况下,干摩擦散乱失谐会导致叶盘共振幅值显著增大。
基于比例风险模型的航空发动机视情维修决策
左洪福, 张海军, 戎翔
2006, 21(4): 716-721.
摘要 PDF(1554KB) icon1766 icon536
摘要:
基于航空发动机在翼监控信息来合理确定视情维修(CBM)决策是航空公司安全运营中的重要内容。本文利用Weibull比例风险回归的建模思想,分析了航空发动机因性能衰退而换发的历史监控数据记录,并据此建立了反映该类发动机性能参数与在翼时间之间的函数关系;进而采用最小维修成本、最大可用度策略确定最优维修决策阈值,为同类型在翼发动机进行维修决策的优化提供了一个客观的量化方法。最后对CF6型发动机历史故障数据进行了实例分析,表明该方法在发动机视情维修决策中的实用价值。
叶片前缘高精度重建方法研究
张力宁, 张定华
2006, 21(4): 722-726.
摘要 PDF(308KB) icon1861 icon477
摘要:
叶片前后缘的形状对发动机的气动性能有非常重要的影响。对叶片前后缘的精确建模是高质量加工的前提。现有的叶片前缘大多为圆弧或椭圆弧。为了实现精确建模,本文首先运用一种基于带约束的最小二乘方法对数据点进行拟合,然后用拟合的结果作为初值,根据椭圆的极线性质进行更精确地求解。实例表明本文的方法在对椭圆弧的拟合中具有比Fitzgibbon方法更好的鲁棒性及更高的精确度。在重建前缘时,一些事先难以排除的出格点极大地影响了拟合精度,鉴于本文方法具有较好的鲁棒性,本文提出了以前缘点为中心,对于逐次增加数据点多次运用本文的拟合方法,最终排除出格点的方案。数据实验验证了这一方案的有效性。总之,本文提出的拟合方法非常适合于在逆向工程中对叶片前缘的重建。
信号周期分段处理法诊断单级传动齿轮副故障
陈进, 廖明夫, 陈刚
2006, 21(4): 727-731.
摘要 PDF(929KB) icon1495 icon466
摘要:
为了诊断单级传动齿轮副故障,本文提出信号周期分段处理的方法。首先同步整周期采集振动信号,然后对采集的振动信号做时域平均,进行降噪和凸显故障脉冲的处理。利用周期分段处理法,将振动平均信号等距分段,分别对各段信号进行频谱分析。比较各段信号的时域波形和频谱的异同,可以准确诊断出单级传动齿轮副中同步齿轮故障位置,且还能诊断出非同步齿轮故障位置。数字仿真试验以及模拟故障实验结果都证实了信号周期分段处理法诊断齿轮故障的可行性和有效性;它为诊断单级传动齿轮副故障提供一种有效手段。
基于精英保留遗传算法的连续结构多约束拓扑优化
孙明华, 崔海涛, 温卫东
2006, 21(4): 732-737.
摘要 PDF(732KB) icon1882 icon452
摘要:
采用遗传算法对应力、位移及结构约束下的连续体结构进行拓扑优化。通过在遗传算法中引入精英保留的进化策略,保证算法的收敛性,改善优化结果。优化过程中,利用精英保留遗传算法进行结构优化,通过基于ANSYS软件的有限元技术进行结构的建模和分析。算例分析表明所提出的方法是合理、有效的。该方法可用于复杂工程结构的初始设计,并能够提供多种初始设计方案。
基于对数正态分布第k试验寿命的分散系数法
卢小艳, 陆山
2006, 21(4): 738-740.
摘要 PDF(586KB) icon1696 icon434
摘要:
针对发动机构件寿命试验评估中对寿命分散系数计算公式与不同取值的需求,本文导出了寿命符合对数正态分布、基于任意第k试验寿命分散系数计算公式。并给出置信度为0.95、可靠度为99.87%、母体对数正态标准差lσgN=0.13时的寿命分散系数。本文基于最差试件寿命的分散系数与已有文献一致,而基于最好试件寿命分散系数较已有文献更为合理;采用本文公式可得到任意给定置信度、可靠度、寿命分散条件下的寿命分散系数,可供工程上评估构件寿命时使用。
采用高负荷弯曲静叶的压气机改型研究
李绍斌, 苏杰先, 王仲奇
2006, 21(4): 741-746.
摘要 PDF(586KB) icon1797 icon465
摘要:
采用适合高亚音速气流进口的大折转角弯曲静叶对某型高负荷风扇级进行改型设计,使用单列弯曲静叶代替原型级中的串列静叶。采用三维成型技术设计弯曲静叶,引入叶片局部修型措施控制和改善栅内流动,通过数值模拟三维流场得到原型级和改型级的设计转速特性线和设计点的气动性能。研究结果表明:采用三维成型的高负荷弯曲静叶在优化压气机结构的同时也提高了压气机的气动性能,将是研发高性能压气机可采取的重要措施之一。
径流及斜流压气机任意曲面叶型长短叶片的造型设计方法
王琦, 单鹏
2006, 21(4): 747-753.
摘要 PDF(1147KB) icon1695 icon459
摘要:
发展了一套径流及斜流式叶轮机的任意曲面叶型长短叶片的造型方法,并在离心式压气机和斜流式压气机的设计中做了具体的应用。新发展了令叶片的厚度按三次样条函数沿流向分布的一种设计思想,得到了比较理想的叶片。同时在径流及斜流式压气机中使用分流叶片,引入了长短叶片的造型设计方法。通过CFD流场检验验证了这种叶片造型方法的可操作性和适用性。这为径流式以及斜流式叶轮机转子、静子的进一步气动优化设计奠定了基础。
基于小波分析的航空发动机旋转失速检测方法
谢锋, 谢寿生
2006, 21(4): 754-758.
摘要 PDF(320KB) icon1777 icon453
摘要:
对试车检测到的压气机旋转失速压力数据,进行了小波降噪处理,并对处理后的数据进行多分辨分析,利用dN层小波系数重构相关频带内的压力信号分量,当重构信号某处的幅值超过给定阀值时,认为检测到了失速。研究结果表明,小波分解能有效地区分信号中的突变部分和噪声,达到降噪的目的;对不同采样频率的压力数据进行分析,给出了相应的阀值,对dN层重构信号进行监测,能有效检测到旋转失速的发生。
航空发动机约简遗传规划起动非线性动态模型
尉询楷, 李应红
2006, 21(4): 759-766.
摘要 PDF(445KB) icon1602 icon413
摘要:
提出了一种新的用于航空发动机最优化起动过程数据驱动动态建模的约简遗传规划(PGP)算法。这种模型采用遗传规划产生航空发动机辨识模型的输入输出非线性模型集,并以二叉树结构表征函数项,运用正交最小二乘算法(OLS)估计二叉树分支对于模型精度的贡献并据此去除复杂、冗余的函数项,从而加快遗传规划的收敛速度,最后通过GP进化可获得简单、可靠、准确的线参数非线性线参数动态模型。实际发动机起动过程建模应用案例证明,这种思路对于具有非线性输入输出关系特征的数据可以产生鲁棒性好、解析性强的线参数非线性模型。
支持向量机时间序列预测模型的参数影响分析与自适应优化
杨虞微, 左洪福, 陈果
2006, 21(4): 767-772.
摘要 PDF(368KB) icon1579 icon425
摘要:
建立在统计学习理论和结构风险最小原则上的支持向量机在理论上保证了模型的最大泛化能力,因此与建立在经验风险最小原则上的神经网络模型相比,理论上更为完善。本文运用支持向量机建立时间序列预测模型,研究影响模型预测精度的相关参数,在分析参数对时间序列预测精度的影响基础上,提出用遗传算法建立支持向量机预测模型的参数自适应优化算法。最后,用太阳黑子数据和航空发动机油样光谱数据进行了预测分析。算例表明了本文算法的正确性。
电弧喷射推力器电磁场模拟
肖应超, 刘宇, 张振鹏, 张国舟
2006, 21(4): 773-777.
摘要 PDF(421KB) icon1646 icon418
摘要:
为了揭示电弧喷射推力器内部电磁场特征及其与高温电离气体间的相互作用机理,建立了比较完善的电磁场模型,详细讨论了电磁场数值模拟方法及其计算效果。模型同时考虑了电场力、洛仑兹力和电子压强梯度对传导电流的贡献,由电子动力学方程和粒子微观碰撞理论推导出电流方程,由麦克斯韦方程组推导出电磁场控制方程,采用包括强隐过程(SIP)迭代法在内的十种迭代方法求解离散的电磁场方程。研究表明,SIP迭代法是适用于电弧喷射推力器电磁场模拟的快速有效的方法,模型能够准确地反映推力器内部电磁场与高温电离气体间的相互作用机理。
不同压比下冷却剂流量对塞锥再生冷却换热的影响
韩非, 刘宇, 李军伟
2006, 21(4): 778-783.
摘要 PDF(702KB) icon1337 icon479
摘要:
为了解塞式喷管发动机高低空不同的再生冷却换热特性,分别对二维型面内喷管和塞锥建立计算模型,采用数值模拟的方法,得出内喷管的冷却换热结果和出口参数,重点研究了塞锥在地面和设计点工作时的不同换热特性及其冷却剂流量的影响。计算过程中采用二阶迎风格式离散控制方程。计算结果表明:地面工况下,冷却剂流量的改变对塞锥和塞锥底部壁面的压强、热流密度和温度的影响较大,高空环境下,冷却剂流量的改变对塞锥和塞锥底部壁面的压强、热流密度的影响较小;在冷却剂流量相同的情况下,塞锥和塞锥底部在地面工况下的壁面温度要远高于在高空环境下的温度;在相同工况和相同冷却剂流量的情况下,塞锥壁面上的温度要远高于塞锥底部壁面上的温度。
撞击载荷作用下固体火箭发动机安全性分析
陈广南, 张为华
2006, 21(4): 784-788.
摘要 PDF(1681KB) icon1451 icon439
摘要:
以机械撞击载荷下固体推进剂裂纹摩擦热点细观模型为基础,考虑推进剂基体粘性加热,结合热粘弹理论和动力有限元法,分析计算发动机结构撞击变形及装药内部热点形成,确定产生高温热点撞击临界速度。通过对含能材料Steven撞击试验、小型试验发动机撞击试验分析计算及结果对比,证明了理论模型及计算方法的有效性。

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