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2015年  第30卷  第2期

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气动热力学与总体设计
微型扑翼飞行器扑翼/尾翼气动干扰的数值研究
王掩刚, 陈为雄, 邓双厚, 赵旭民
2015, 30(2): 257-264. doi: 10.13224/j.cnki.jasp.2015.02.001
摘要 PDF(985KB) icon1819 icon1256
摘要:
以二维刚性约束条件下的微型扑翼飞行器模型为研究对象,在动网格技术基础上,应用非定常数值分析手段对比分析了单翼/纵列翼布局的气动性能,深入研究了纵列翼缩减频率、扑翼—尾翼无量纲水平间距、来流攻角对其气动性能的影响.结果表明:①纵列翼尾翼对扑翼产生正效应干扰,相对于单翼布局,扑翼—尾翼无量纲水平间距为0.5倍翼型弦长时的纵列翼布局的推力系数和推进效率分别增加28.7%和5.7%;②缩减频率是影响推力的关键参数,随着缩减频率的增加,脱落涡的强度增加,推力系数增大.对于单翼、纵列翼两种布局模式,当缩减频率在1.0附近时推进效率达到最优;③对于纵列翼布局,在扑翼—尾翼无量纲水平间距为1.1倍翼型弦长时推进效率达到峰值;④在0°~20°来流攻角变化范围内,随着来流攻角的增加,升力系数增加,推力系数减小,当来流攻角大于9°时,两种布局的推力均为负值.
基于ZEMAX软件的圆喷管成像畸变校正方法
岳茂雄, 解烽, 白菡尘, 张龙, 袁强
2015, 30(2): 265-270. doi: 10.13224/j.cnki.jasp.2015.02.002
摘要 PDF(902KB) icon1594 icon1005
摘要:
准确显示圆喷管内流场,对于了解和控制该流场具有一定意义,并能为相关数值计算结果提供验证.为此,必须首先解决较厚圆喷管成像畸变带来有效视场减小的问题,采用圆喷管外加校正柱透镜方法可以予以校正.校正柱透镜的设计采用厚透镜焦距计算和ZEMAX软件优化设计相结合,并进行了静态验证,将有效视场从不到30%提高到了大于80%;其次,校正设计时假设圆喷管内折射率为1,并以平行光出射,通过对这个假设的分析,表明其对圆喷管内一定的高温高压流场显示结果影响较小;然后,分析了流场显示的可行方法,给出了动态显示结果;最后指出了该校正方法的可行性和对于定量干涉测量的局限性.该研究对于圆喷管内燃烧流场的研究具有参考意义.
并列双发三维非对称多S弯喷管参数化设计方法
卫永斌, 艾俊强
2015, 30(2): 271-280. doi: 10.13224/j.cnki.jasp.2015.02.003
摘要 PDF(1115KB) icon1187 icon1054
摘要:
形成了一套基于CFD计算评价的并列双发三维非对称多S弯喷管参数化设计方法,并初步证明了该方法的正确性和可行性.多S弯中心线在Z向偏心度为0时:第一S弯Y向偏心度、长度都最小,第二S弯Y向偏心度、长度都最大,第三S弯Y向偏心度、长度分别介于前两个S弯对应参数之间,各S弯都采用进口缓慢转弯,出口快速转弯的规律,以利于抑制背风侧分离和涡.剖面在各S弯上都采用进口快速收缩缓慢转弯,出口缓慢收缩快速转弯的规律,且宽高比与侧边倾角在进出口变化速率相同,且侧边倾角只分布在第一S弯上,以利于稳定流场和增加隐身性能.合流器采用楔底宽高比约束,其值应不超过0.26.
高超声速弯曲激波压缩侧压式进气道数值研究
张林, 张堃元, 王磊, 王渊
2015, 30(2): 281-288. doi: 10.13224/j.cnki.jasp.2015.02.004
摘要 PDF(1053KB) icon1369 icon1053
摘要:
采用壁面马赫数呈线性分布的曲面压缩系统改进参考侧压式进气道的顶板,得到弯曲激波压缩侧压式进气道,并与参考侧压式进气道进行了比较.数值研究结果表明:设计状态无黏时曲面压缩顶板壁面马赫数分布与给定的马赫数分布基本一致,并且有黏时其壁面压力分布也与二维曲面的基本相同;同参考侧压式进气道相比,顶板采用曲面压缩能够一定程度地改善壁面压力分布,使其末端压力梯度变化平缓;并且非设计状态下的性能也得到有效地改善,特别是来流马赫数为4时,其流量系数提高6.0%、达到0.799,喉道截面总压恢复系数提高1.9%;来流马赫数为5时,其流量系数提高5.2%、达到0.909,喉道截面总压恢复系数提高3.2%.随着攻角增大,该进气道流量捕获能力增强、隔离段出口截面流场畸变减小,但喉道截面总压恢复系数下降剧烈.
民用飞机进气道的侧风畸变研究
刘凯礼, 孙一峰, 钟园, 张堃元, 张慧骝
2015, 30(2): 289-296. doi: 10.13224/j.cnki.jasp.2015.02.005
摘要 PDF(1057KB) icon1895 icon1521
摘要:
结合民用飞机动力装置/机体集成研究的具体需要,采用数值模拟方法对大涵道比涡扇发动机进气道的侧风畸变特性进行研究,给出了进气道在侧风条件下工作的流场特征,分析了导致侧风畸变的流动机理.研究结果表明:进气道的侧风畸变主要受到典型的气流分离与再附以及地面吸入涡等复杂流动现象的影响;当进气道内部气流出现分离时,侧风畸变会随侧风速度的增加而突然加剧;进气道在近地面工作状态,产生的地面吸入涡现象可能会使短舱的侧风容限明显降低.此外,侧风状态的进气畸变特性随着发动机流量的变化,进气道内部气流的分离与再附存在差别,这导致了进气畸变指数呈现迟滞变化.
关键设计参数对摆线桨气动性能影响
唐继伟, 胡峪, 宋笔锋
2015, 30(2): 297-305. doi: 10.13224/j.cnki.jasp.2015.02.006
摘要 PDF(1300KB) icon1118 icon1096
摘要:
以西北工业大学自行研制的摆线桨飞行器为研究对象,对简化的二维摆线桨模型进行了非定常数值模拟.在数值模拟模块中,桨叶的公转及俯仰振荡运动采用弹簧近似光滑模型和局部重划模型相结合的动网格技术来处理.重点研究了关键设计参数对摆线桨气动性能的影响,结果表明:随着桨叶数的增加,悬停气动效率提高;随着翼型厚度增加,推力变大,气动功耗减小;桨叶俯仰轴位置位于桨叶弦向中部位置时的功率载荷最大,悬停气动效率最高;随着最大俯仰角增大,气动功耗逐渐增加,悬停气动效率降低;当桨叶上、下半周最大俯仰角之和一定时,采用上半周最大俯仰角小的设置时,推力和气动功耗较大,悬停气动效率也更高.
合成射流方向布局对S形进气道分离控制的效应
何鹏, 董金钟
2015, 30(2): 306-314. doi: 10.13224/j.cnki.jasp.2015.02.007
摘要 PDF(1142KB) icon1260 icon1077
摘要:
对合成射流控制一种S形进气道边界层分离进行了数值研究.选用狭缝出口的合成射流,详细讨论了展向和流向两种布局对控制效应的影响.结果显示:流向布局相对展向布局具有抗逆压梯度强、穿透深、控制效果持久等特点,在射流动量系数为1.62×10-3,特征频率等于1的工况下,其分离区长度缩减了38.39%.流向布局对S形进气道性能的提升也更显著,出口压力系数比无控制时提高158.91%,总压恢复系数提高0.71%,总压畸变指数降低56.75%.
近空间高超声速流场通量分裂型DSMC-IP方法
许啸, 王学德, 谭俊杰
2015, 30(2): 315-323. doi: 10.13224/j.cnki.jasp.2015.02.008
摘要 PDF(1168KB) icon1937 icon995
摘要:
针对近空间高超声速流场的特点,采用Van Leer格式对直接模拟蒙特卡洛-信息保存(DSMC-IP)方法质量守恒方程中的计算格式进行改进.将局部马赫数作为分裂通量的标准,并重构单元分界面两侧的左右输运通量,使得计算格式具有通量分裂的特点,解决了DSMC-IP方法在高超声速流场计算中的应用问题.将改进后的通量分裂型DSMC-IP方法引入非结构网格中,对二维近空间高超声速流场进行数值模拟.计算结果表明:通量分裂型DSMC-IP方法所得出的数值结果与实验值及参考值符合较好,明显降低了直接模拟蒙特卡洛(DSMC)方法所带来的统计耗散.当来流气体的稀薄程度增加时,其非平衡效应也更加明显,而通量分裂型DSMC-IP方法的计算结果与参考值相差均在10%以内,良好地反映了非平衡条件下的流场特征,验证了通量分裂型DSMC-IP方法的可行性和有效性.
V形槽喷管在分开式排气系统中的降噪实验
何敬玉, 邵万仁, 许影博, 李晓东
2015, 30(2): 324-330. doi: 10.13224/j.cnki.jasp.2015.02.009
摘要 PDF(985KB) icon1253 icon1143
摘要:
利用位于全消声室中的喷流噪声实验台研究了V形槽喷管在分开式排气系统中的降噪特性,比较了在剪切速度比为0.92工况下V形槽喷管的结构参数以及分布方式在冷喷流中对降噪效果的影响.结果表明:V形槽喷管降低了低频段的喷流噪声并增大高频段的喷流噪声;在喷管的下游方向有最好的低频段降噪效果,并具有最小的高频段喷流噪声增加量;增大V形槽喷管切入角可以增加低频段的降噪量,其降噪量最高为5dB;仅在外涵添加V形槽喷管可以增大低频段的降噪量并抑制高频段的喷流噪声的增加;V形槽喷管齿数的变化对降噪效果有一定的影响,但其影响远小于切入角的变化对降噪效果的影响;另外V形槽喷管可以显著地降低喷管下游方向的声压级大小.
燃烧、传热、传质
环形中心钝体驻涡燃烧室驻涡腔有无喷射的对比
韩吉昂, 李晓东, 钟兢军
2015, 30(2): 331-340. doi: 10.13224/j.cnki.jasp.2015.02.010
摘要 PDF(1591KB) icon1560 icon1030
摘要:
采用三维雷诺平均Navier-Stokes(N-S)方程、renormalization group (RNG) k-ε湍流模型和标准壁面函数对驻涡腔有无喷射的环形中心钝体驻涡燃烧室的冷态流场进行了数值仿真,分析了驻涡腔有无喷射对环形中心钝体驻涡燃烧室涡系结构、驻涡腔流动参数和燃烧室总体性能的影响.结果表明:相比于无喷射时,驻涡腔添加喷射可以使驻涡腔内形成相对稳定的双驻涡结构;驻涡腔喷射的存在使得环形中心钝体驻涡燃烧室出口截面总压损失系数降低约9.2%,并能提高驻涡腔内的平均气流参数;驻涡腔喷射对环形中心钝体驻涡燃烧室出口截面流动参数沿流道高度方向的变化趋势影响不大.
变厚度涡轮盘上能量与应力分布的关联分析
丁水汀, 王子尧, 李果
2015, 30(2): 341-348. doi: 10.13224/j.cnki.jasp.2015.02.011
摘要 PDF(993KB) icon1093 icon999
摘要:
提出一种分段解析法,推导给定变厚度涡轮盘内外缘加热能量下涡轮盘的温度分布与应力分布,从而建立起以能量转移系数表示的涡轮盘能量分布与温度分布及应力分布之间的直接关联.该关联应用于某型航空发动机低压涡轮盘,并通过与数值模拟对比,结果显示:温度与应力的理论分析结果与数值模拟结果吻合较好,最大相对偏差分别为2%与13%;等边界热流量条件下,随着能量转移系数的增大,涡轮盘内缘温度增大,外缘温度减小,涡轮盘等效应力水平降低,最大等效应力减小.分段解析法获得的能量分布与应力分布关联的准确性与可行性得到了验证.
变状态测量中薄壁量热计后壁导热损失修正
杨庆涛, 白菡尘, 刘济春
2015, 30(2): 349-355. doi: 10.13224/j.cnki.jasp.2015.02.012
摘要 PDF(990KB) icon1199 icon962
摘要:
针对超燃冲压发动机脉冲燃烧试验需求,基于能量平衡原理给出了对变状态条件下修正薄壁量热计导热损失的一种方法.对薄壁量热计进行了数值分析和试验验证,对比分析了修正前后的薄壁量热计测量结果.有限元分析结果表明,该方法可以有效补偿后壁导热损失,算例中修正前的热流测量误差不小于20%,修正后不大于4%.在超燃冲压发动机脉冲燃烧试验中,利用薄壁量热计与同轴热电偶热流测量了轴对称模型壁面上相同轴向位置的热流,冷态试验中修正前后的薄壁热流与同轴热电偶热流测量结果的相对偏差分别为-11.2%和3.3%.热态试验结果表明,试验中存在振荡燃烧现象,薄壁量热计的响应时间约为0.02s,与振荡周期(约为0.03s)接近,不能正确反映燃烧状态的变化.
三级轴向旋流器燃烧室的贫油熄火性能试验
丁国玉, 安伯堃, 何小民, 赵自强, 金义, 薛冲
2015, 30(2): 356-361. doi: 10.13224/j.cnki.jasp.2015.02.013
摘要 PDF(864KB) icon1435 icon833
摘要:
对三级轴向旋流器燃烧室进行了不同进口速度、进口温度、三级轴向旋流器旋向组合和空气流量分配下的贫油熄火性能试验.研究结果表明:随着进口速度、进口温度的增加,三级轴向旋流器燃烧室的贫油熄火油气比减小,进口温度的升高对贫油熄火性能的影响显著;相同进口速度下旋向组合为逆时针-逆时针-顺时针方案的贫油熄火油气比比旋向组合为顺时针-逆时针-顺时针方案的贫油熄火油气比约高50%;内旋流器空气流量的减小可使得贫油熄火油气比有所减小,但减小的幅度不大.
基于三维模型的偏心鼓筒气动特性分析
陈陆淼, 王洪玉, 秦朝烨, 褚福磊
2015, 30(2): 362-367. doi: 10.13224/j.cnki.jasp.2015.02.014
摘要 PDF(1055KB) icon1125 icon849
摘要:
为了获取篦齿封严鼓筒齿腔内的压力分布,掌握鼓筒气动特性情况,建立了带封严篦齿鼓筒的三维流场通道模型,计算转静子同心和不同偏心量条件下鼓筒表面静压,分析气动载荷作用下鼓筒的力学特性.仿真结果表明:偏心量的变化使表面静压出现复杂变化,周向静压幅值变动明显,最大偏心量下的静压幅值比无偏心时增长3倍;偏心引起的周向静压波动使鼓筒应力幅值最大浮动3%左右.
二维机翼防冰表面溢流水膜破裂数值模拟
卜雪琴, 马文涛, 林贵平
2015, 30(2): 368-375. doi: 10.13224/j.cnki.jasp.2015.02.015
摘要 PDF(990KB) icon972 icon832
摘要:
为了准确地预测机翼防冰系统热载荷,对二维机翼防冰表面溢流水流动状态进行了仿真计算.依据剪切力驱动模型,分别推导了水膜破裂前后的速度分布;引入能量最低原理,推导了溪状流模型,运用数值方法对水膜破裂的临界厚度进行了求解;使用基于Fluent软件的用户自定义函数方法编程并加载计算模块,分别以水膜模型和溪状流模型计算得到了溢流水的流动特性.结果表明:在一定结冰条件下,引入溪状流模型后,溢流水的溢流范围在两个不同算例中分别增大了33%和17%,这会很大程度影响防冰系统热载荷的分布.
基于热色液晶的异型气膜孔气膜分布特征的可视化实验
吴阿赛, 朱惠人, 刘存良, 贺宜红, 卢聪明, 张聪笑
2015, 30(2): 376-383. doi: 10.13224/j.cnki.jasp.2015.02.016
摘要 PDF(1254KB) icon992 icon855
摘要:
通过在气膜孔下游不同位置设置涂有热色液晶的黑色尼龙网,根据尼龙网上的彩色无量纲温度轮廓,对圆柱孔、水滴孔和簸箕孔在吹风比为0.5,1,2下的气膜分布状况进行可视化实验研究.结果表明:气膜孔沿主流流向的扩张会降低出流平均动量,较小程度地减弱了肾形对涡强度,使气膜的覆盖范围和气膜厚度都有所增大;展向扩张使出流平均动量降低的同时使其具有展向速度分量,明显降低了肾形对涡强度,显著增大气膜覆盖范围、降低气膜厚度,增强气膜的贴壁性;吹风比增大使气膜脱离壁面的趋势增强,降低气膜覆盖范围;排孔的相邻孔的出流会相互影响,有利于将气膜压向壁面,相比单孔来讲排孔的冷却效果和气膜覆盖效果更好.
旋转通道入口湍流度控制方法及验证
吴学旺, 孙纪宁, 张传杰, 金钊
2015, 30(2): 384-391. doi: 10.13224/j.cnki.jasp.2015.02.017
摘要 PDF(940KB) icon1035 icon832
摘要:
针对旋转通道实验,为了获得理想的旋转通道入口湍流度,更好地模拟实际涡轮叶片内冷通道的流动换热,提出了一种入口湍流度控制方法,并通过实验对该方法进行了验证和初步探索.实验中,在边长为40mm×40mm的方形通道中,放置了一层网丝直径d=3mm,网丝间距Mu=12mm的阻尼网,利用热线风速仪,得到了雷诺数为2200~3900范围内的阻尼网后下游湍流特性.研究发现:流体通过该阻尼网后,湍流度显著增大并沿流向逐渐衰减,相同点湍流度随阻尼网雷诺数增大而增大,气流在阻尼网后较短距离内就获得了5%的湍流度,这与实际涡轮叶片内冷通道流动湍流度相当;阻尼网雷诺数越小,流动越早进入横向均匀及各向同性湍流;通过经典公式对阻尼网后通道中心湍流度沿流向分布进行拟合,实验数据与曲线拟合较好.
结构、强度、振动
Birnbaum-Saunders分布的寿命分散系数
马小兵, 陈钦锋, 张苑馨
2015, 30(2): 392-396. doi: 10.13224/j.cnki.jasp.2015.02.018
摘要 PDF(751KB) icon1285 icon921
摘要:
研究了基于Birnbaum-Saunders(B-S)分布的可靠疲劳寿命分析及评估方法,建立了基于中位值和平均值的B-S分布寿命分散系数确定方法.并针对特殊试验数据情形,建立了基于最大和最小顺序统计量的B-S分布寿命分散系数确定方法.公式表明:随着B-S分布尺度参数的增大,其中位寿命分散系数与平均寿命分散系数递减,而最大与最小寿命分散系数不变.案例计算结果表明,B-S分布的寿命分散系数通常小于对数正态分布的寿命分散系数.
Rotordynamic prediction of mode order transition when rotor has an overhang
Konstantin Shaposhnikov, HONG Jie, ZHANG Da-yi, MA Yan-hong
2015, 30(2): 397-409. doi: 10.13224/j.cnki.jasp.2015.02.019
摘要 PDF(1199KB) icon1412 icon807
摘要:
Nowadays rotating machinery grows and develops extremely fast due to its multi-branch application. Although the fields of rotordynamics and rotor balancing had a strong background based on previous experience in order to perform efficient and safe operation for the rotating machines, still there are problems which are hard to be dealt with in some special cases. One of them is balancing of the rotor with huge overhang. Rotor with overhang is inherent to have console modes, which previously often were observed separately from the other modes in rotordynamic literature. In such a way console modes, their behavior, order of appearance and interaction with other modes were described in current paper in more details. Obtained results confirmed that console modes obey the principle of orthogonality in the same way as all other modes and hence could be efficiently balanced using modal balancing method. Simulation results revealed likelihood of such phenomena as modes order transition, when the rotor has an overhang. As a consequence perfectly balanced console rotor could not be so due to modes order transition effect when the bearing stiffness in situ differs from bearing stiffness of balancing equipment. Described results will be useful for engineers who are involved in area of rotating machinery vibration tuning for the rotor with huge overhang and benefit them to recognize these modes efficiently and to perform balancing successfully.
基于改进符号有向图模型的发动机引气系统多故障诊断方法
刘君强, 王小磊, 张马兰, 谢吉伟, 左洪福
2015, 30(2): 410-421. doi: 10.13224/j.cnki.jasp.2015.02.020
摘要 PDF(1151KB) icon944 icon893
摘要:
为了在符号有向图(SDG)模型中进行多故障诊断,提出了基于改进符号有向图(ISDG)模型的多故障诊断方法.ISDG模型满足了不完全信息条件下的多故障组合诊断的需求.通过交互式方法构建不完全信息条件下的诊断过程,利用最大增益费用比确定了最优的测试序列,实现了在多故障诊断过程中效率的提高和成本的降低.最后用交互式算法诊断某民用发动机引气系统多故障,ISDG模型能够诊断多故障,说明诊断多故障可以提高诊断效率;考虑组合逻辑后,最小费用比最大费用减小了7.25,增益费用比增大了32.2%,说明考虑组合逻辑可以减少32.2%的费用.
常开空心轴裂纹转子系统的动力学特性
路振勇, 陈予恕, 侯磊, 李忠刚
2015, 30(2): 422-430. doi: 10.13224/j.cnki.jasp.2015.02.021
摘要 PDF(1266KB) icon1142 icon881
摘要:
研究了常开空心轴裂纹转子系统的动力学特性.考虑裂纹单元截面中性轴的时变特性,推导了裂纹转子的刚度矩阵,考虑重力及不平衡激励,采用有限元法建立了常开空心轴裂纹转子系统的动力学方程.采用谐波平衡法对方程进行求解,给出了不同裂纹深度下的三维幅频图,表明在临界转速和亚临界转速处均有峰值出现;分析了裂纹深度、裂纹位置对该系统的临界转速的影响,表明位于跨中靠近惯性量较大圆盘的深裂纹对常开空心轴裂纹转子系统的影响大,临界转速下降快;计算了该系统在亚临界转速时的非线性振动响应,结果表明:亚临界转速下常开空心轴裂纹转子系统会发生超谐共振现象.所提出的空心轴裂纹的建模方法为航空发动机转子系统裂纹故障的非线性动力学分析提供了理论指导.
基于EM-KF算法的直升机主减速器剩余寿命预测方法
孙磊, 贾云献, 蔡丽影, 王卫国, 林国语
2015, 30(2): 431-437. doi: 10.13224/j.cnki.jasp.2015.02.022
摘要 PDF(990KB) icon1063 icon788
摘要:
为解决间接状态监测数据下直升机主减速器剩余寿命预测难以估算的难题,提出了一种卡尔曼滤波和期望最大化算法相结合的剩余寿命预测方法.该方法可以根据不断更新振动信号特征值迅速且有效地估计出模型参数,进而预测不同运行时间主减速器的剩余寿命分布,最后对主减速器试验数据进行了案例分析.结果表明:该方法能够有效估计主减速器的剩余寿命分布,通过与主减速器剩余寿命准确值对比发现,剩余寿命准确值绝大多数落于剩余寿命预测值的95%置信区间内,表明该方法具有好的准确性,进而避免故障的发生.
基于弹性阻尼基座的超磁致伸缩致动器响应模型
薛光明, 何忠波, 李冬伟, 李玉龙, 杨朝舒
2015, 30(2): 438-445. doi: 10.13224/j.cnki.jasp.2015.02.023
摘要 PDF(1175KB) icon935 icon782
摘要:
为弥补环境引起的超磁致伸缩材料的不可控变形,将超磁致伸缩致动器置于弹性阻尼基座上,计算此时输出端和底座的稳态响应.将系统简化为两自由度线性系统,建立了系统的振动微分方程,计算其固有角频率,并通过简谐激励输入分析了系统的幅频特性.输入不同幅值和频率的简谐电流,通过实验得到输出端和底座的位移;根据实验结果计算了模型的相对误差,并对比模型和实验的绝对误差.计算结果表明:模型与实验结果的相对误差不超过9%,绝对误差不超过0.01mm,由此验证了模型的准确性.
叶轮机械
隔板截面造型对超声速膨胀器流场及性能的影响
钟兢军, 黄振宇, 杨凌, 韩吉昂
2015, 30(2): 446-454. doi: 10.13224/j.cnki.jasp.2015.02.024
摘要 PDF(1332KB) icon993 icon852
摘要:
采用三维雷诺平均N-S方程和标准k-ε湍流模型,在设计工况下对3种隔板截面形状的超声速膨胀器的三维流道流场进行了数值研究.结果表明:矩形截面形状的超声速膨胀器近吸力面区域气流速度大,斜激波之后流动损失低,等熵绝热效率较高;正梯形截面形状的超声速膨胀器出口平均绝对马赫数、静压比以及膨胀比大,综合性能相对最优;角区附面层分离、回流形成的低速气流团以及斜激波所导致高速气流的增压过程是出口流动损失的主要来源;优化隔板沿径向的结构,超声速膨胀器的综合性能有望进一步提高.
风扇湍流宽频噪声特性的数值计算分析
仝帆, 乔渭阳, 王良锋, 纪良, 王勋年
2015, 30(2): 455-462. doi: 10.13224/j.cnki.jasp.2015.02.025
摘要 PDF(1155KB) icon1440 icon893
摘要:
基于Gliebe发展的风扇自噪声经验预测模型与Mugridge-Morfey发展的湍流-叶片干涉噪声分析预测模型,以GE公司R4风扇为研究对象,详细分析了风扇自噪声与转子尾迹湍流-出口导叶干涉宽频噪声(湍流干涉噪声)的特性.研究了不同的风扇设计参数和湍流参数对风扇自噪声与湍流干涉噪声的影响.计算结果表明:湍流干涉噪声对风扇宽频噪声起着主要作用,湍流干涉噪声比转子自噪声大约6~10dB,比出口导叶自噪声大约20dB.此外,出口导叶来流速度对湍流干涉噪声的影响最大,来流速度增大15%时,声功率可增大4dB左右.湍流强度对湍流干涉噪声影响较大,当湍流强度增加30%时,声功率增大约1.5dB.
尾缘锯齿结构的降噪物理机制实验
许坤波, 乔渭阳, 纪良, 陈伟杰
2015, 30(2): 463-472. doi: 10.13224/j.cnki.jasp.2015.02.026
摘要 PDF(1341KB) icon1340 icon839
摘要:
对比分析了常规尾缘翼型与锯齿尾缘翼型尾缘湍流流场的基本特征,并通过线阵列的方法测量了两种尾缘结构的噪声.结果表明:锯齿尾缘翼型尾缘湍流流场的湍流强度以及3个方向上的湍流强度都相比于常规尾缘翼型有显著减少,声场结果显示锯齿尾缘翼型对尾缘噪声有显著减小,对前缘噪声影响很小.锯齿结构加宽了尾迹区域并加快了大涡的破碎,产生了额外的马蹄涡,湍流脉动衰减率沿着流动方向变大.
基于水滴型带状前缘的涡轮端区损失控制数值研究
魏佐君, 乔渭阳, 赵磊, 时培杰
2015, 30(2): 473-482. doi: 10.13224/j.cnki.jasp.2015.02.027
摘要 PDF(1408KB) icon989 icon866
摘要:
探索了基于水滴型带状前缘的涡轮端区损失控制方法,研究了水滴型带状前缘对于涡轮二次流损失的控制机理.以典型的高负荷低压涡轮叶片T106叶栅为对象,对比分析了不同的端区叶片带状前缘造型设计参数对涡轮端区损失的控制效果.结果表明:带状前缘的向前延伸长度、吸力面延伸位置和压力面延伸位置对于带状前缘的总压损失系数有较大影响,最佳设计方案可以使T106叶栅总压损失系数减小约5.1%.水滴型带状前缘与余弦带状前缘相比,端区损失的减小量并没有明显差异,但是水滴型曲线与原始叶型的光滑融合不会引起叶型表面压力的局部波动.
低速轴流压气机转子叶片三维优化的数值研究
张晨凯, 胡骏, 王志强, 尹超, 严伟
2015, 30(2): 483-490. doi: 10.13224/j.cnki.jasp.2015.02.028
摘要 PDF(1276KB) icon1291 icon817
摘要:
为了深入认识低速大尺度轴流压气机端壁区的流动,减小流动损失,提高其气动性能,采用数值模拟和优化相结合的手段,针对用于低速模拟的某低速大尺度轴流压气机原型转子的三维积叠线进行了优化,提高了其设计工况下的气动性能.结果表明:优化转子轮毂附近无法承受过大的负荷;相比于原型转子,优化转子主要的性能提升位于轮毂附近,一定程度的正弯有效减小了轮毂区的流动损失,具有“前加载”的效果,抑制了叶根尾缘的流动分离,转子总压损失减小约19.4%.
动力传输
弧齿锥齿轮齿面曲率干涉判断方法与实验验证
曹雪梅, 邓效忠, 耿龙龙
2015, 30(2): 491-497. doi: 10.13224/j.cnki.jasp.2015.02.029
摘要 PDF(907KB) icon1332 icon808
摘要:
提出一种基于齿面拓扑结构的齿面曲率干涉判断方法,通过构造两齿面拓扑偏差判断齿面曲率干涉.这种方法不仅可以直观地判断是否发生齿面曲率干涉,而且可以对其实际啮合位置进行预判.对一对弧齿锥齿轮齿面曲率干涉进行了计算,分析结果显示小轮工作面大端、小端和齿顶曲率干涉,齿面印痕应位于大端和小端,小轮非工作面齿顶曲率干涉.在数控铣齿机加工该弧齿锥齿轮副并检测齿面印痕,工作面齿面印痕位于小轮大端和小端,非工作面小轮齿顶出现了齿顶接触的现象,检测结果与该方法预判结果一致.
考虑摩擦的多间隙直齿弯扭振动建模和分岔特性
盛冬平, 朱如鹏, 靳广虎, 陆凤霞, 鲍和云
2015, 30(2): 498-506. doi: 10.13224/j.cnki.jasp.2015.02.030
摘要 PDF(1208KB) icon1143 icon867
摘要:
采用集中质量法,建立了齿轮-转子-轴承系统的六自由度的多间隙弯扭耦合的非线性振动模型,模型中考虑了齿面摩擦、时变啮合刚度、齿侧间隙和支承间隙等因素.根据系统在转速、齿侧间隙、齿面摩擦以及啮合阻尼等参数下的全局分岔图和Poincare截面图,研究了各参数对系统分岔特性的影响.分析可知:在一定的齿侧间隙、啮合阻尼和低齿面摩擦因数下,随着转速的逐渐增加,系统通过拟周期分岔进入混沌.当齿面摩擦因数逐渐增加时,系统由良好润滑状态进入干摩擦,系统的混沌运动区域也因此在一临界点产生裂变,且通过激变的途径二次进入混沌;在一定的转速、啮合阻尼和齿面摩擦因数下,随着齿侧间隙的增加,系统通过激变进入混沌,同时可以发现,系统产生混沌和分岔主要发生在量纲一齿侧间隙小于3和大于7的区域,且最终通过倒分岔锁相为周期1运动;在一定的转速、啮合阻尼和齿侧间隙的条件下,随着齿面摩擦因数的增加,系统通过激变进入混沌.同时发现,随着啮合阻尼的增加,混沌区域逐渐裂变成2个、3个和4个混沌窗口,但最终都经由拟周期锁相为周期1运动.
火箭发动机
固体火箭发动机体空间缺陷最大直径矢量特征测量方法
朱敏, 李朋, 卢洪义, 于光辉
2015, 30(2): 507-512. doi: 10.13224/j.cnki.jasp.2015.02.031
摘要 PDF(858KB) icon969 icon739
摘要:
针对固体火箭发动机工业CT(computed tomography)三维扫描数据,从计算时间和测量精度两方面考虑,结合固体火箭发动机内部缺陷体空间数据场的特征,通过改进传统的空间最大距离求解法——擂台法,提出了基于分类种子点法的体空间缺陷最大直径矢量特征测量方法.设计了预置缺陷的固体火箭发动机,经实验验证,相比传统擂台法,该方法能够提高测量精度和缩短计算时间,最大直径及其与轴向锐角夹角的最大测量误差在10%以下,为固体火箭发动机三维可视化故障诊断奠定了基础.

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