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小卫星瞬态热分析模型修正方法

中国空间科学技术 2013年第4期33卷 24-30页

作者：张镜洋常海萍王立国南京航空航天大学能源与动力学院南京210016 南京航空航天大学高新技术研究院南京210016

为解决参数分类和构建最小误差目标函数中瞬态温度时域过程的表达问题,分别定义了瞬态温度时均量和波动量对修正参数敏感度和分析值与试验值间瞬态温度均方差。利用蒙特卡洛混合方法对敏感参数进行分层修正的结果表明,修正前后瞬态温度... 详细信息

为解决参数分类和构建最小误差目标函数中瞬态温度时域过程的表达问题,分别定义了瞬态温度时均量和波动量对修正参数敏感度和分析值与试验值间瞬态温度均方差。利用蒙特卡洛混合方法对敏感参数进行分层修正的结果表明,修正前后瞬态温度分析值与试验值间误差由8%～16%降低至5%以下,分析值的时均量及波动量均有明显改善,且该结果被修正中未使用的试验数据所验证。这说明了修正中瞬态温度描述方式对改善瞬态热分析精度有效,蒙特卡洛混合法分层修正合理可行。

关键词：瞬态热分析蒙特卡洛方法分层修正小卫星

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叠层式箔片动压气体推力轴承承载特性

航空动力学报 2023年第6期38卷 1423-1431页

作者：张镜洋孟光荣陈蓓曦吕元伟张靖周罗欣洋南京航空航天大学航天学院南京210016 西北工业大学伦敦玛丽女王大学工程学院西安710072 南京航空航天大学能源与动力学院南京210016 中国航空工业集团有限公司、金城南京机电液压工程研究中心、航空机电系统综合航空科技重点实验室南京211106

为揭示叠层式箔片结构对动压气体推力轴承承载性能的强化机制,建立了该结构静力学有限元仿真模型及弹流润滑分析方法,研究了叠层式箔片结构刚度随载荷的变化及楔形气膜间隙特征参数的演化规律。结果表明:随着载荷升高,叠层式结构刚度增... 详细信息

为揭示叠层式箔片结构对动压气体推力轴承承载性能的强化机制,建立了该结构静力学有限元仿真模型及弹流润滑分析方法,研究了叠层式箔片结构刚度随载荷的变化及楔形气膜间隙特征参数的演化规律。结果表明:随着载荷升高,叠层式结构刚度增幅呈先小后大的非线性特征,且周向局部刚度大小交替变化。这导致轴承楔形气膜间隙特征参数随承载力增大而明显变化,承载力从15 N增大到75 N,楔形高度可从45μm降低至16.8μm,节距比则先增大后减小。与承载力相同条件下的波箔型轴承相比,叠层式箔片动压气体推力轴承气膜压力分布会出现承载力强化的双峰值,且最小气膜厚度可增大35%至50%,可有效降低转静子间的碰磨概率。

关键词：气体箔片推力轴承叠层式结构自适应变形结构刚度楔形特征参数

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涡轮叶栅端壁二次流动与换热的V2F模拟

航空动力学报 2016年第12期31卷 2913-2920页

作者：田兴江常海萍张镜洋成锋娜南京航空航天大学能源与动力学院江苏省航空动力系统重点实验室南京210016 南京航空航天大学航天学院南京210016

针对低展弦比涡轮叶栅端壁区亚声速流动及换热,采用基于线性涡黏假设的V2F模型开展了数值模拟.结果表明:涡轮叶栅流动中存在马蹄涡、通道涡、压力侧角涡、吸力侧角涡等多种复杂涡系结构,其中马蹄涡与通道涡是涡轮叶栅二次损失的主要来源... 详细信息

针对低展弦比涡轮叶栅端壁区亚声速流动及换热,采用基于线性涡黏假设的V2F模型开展了数值模拟.结果表明:涡轮叶栅流动中存在马蹄涡、通道涡、压力侧角涡、吸力侧角涡等多种复杂涡系结构,其中马蹄涡与通道涡是涡轮叶栅二次损失的主要来源.端壁换热与马蹄涡及通道涡强度及位置直接相关,并呈现明显的分区特征.端壁极限流线结果显示,V2F模型模拟的端壁单马蹄涡分离线与实验结果吻合,优于SST(shear stress transport)k-ω模型模拟的端壁双马蹄涡分离线.V2F模型引入了新的湍流尺度,在马蹄涡及通道涡位置、端壁静压损失系数分布、叶栅出口总压损失分布及端壁Standon数分布等方面均与实验结果吻合较好,对叶栅气动损失及端壁换热有良好的预测能力.

关键词：涡轮叶栅端壁二次流端壁换热 V2F模型总压损失系数涡系结构

基于接触摩擦的多叶波箔型动压气体轴承静特性研究

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推进技术 2022年第11期43卷 317-326页

作者：徐奔张镜洋陈卫东吕元伟季夏名罗欣洋南京航空航天大学机械结构力学及控制国家重点实验室江苏南京210016 南京航空航天大学航天学院江苏南京211106 南京机电液压工程研究中心航空机电系统综合航空科技重点实验室江苏南京211106

为揭示多叶波箔型动压气体轴承箔片间接触摩擦对轴承性能的影响机理,建立多平箔与波箔间接触约束下的力学分析模型,结合可压缩气体雷诺方程构建流固耦合计算方法。数值分析了接触摩擦下的箔片结构刚度变化及在不同轴承数下接触摩擦对轴... 详细信息

为揭示多叶波箔型动压气体轴承箔片间接触摩擦对轴承性能的影响机理,建立多平箔与波箔间接触约束下的力学分析模型,结合可压缩气体雷诺方程构建流固耦合计算方法。数值分析了接触摩擦下的箔片结构刚度变化及在不同轴承数下接触摩擦对轴承静特性的影响。结果表明:接触摩擦强化了箔片刚度随变形量变化的非线性效应和周向分布的非均匀性,随着箔片变形量的增加,接触摩擦对箔片刚度的影响越加显著。同时,随着摩擦系数的增大(η=0~0.5),在低轴承数时承载力呈现先增后减的规律,在高轴承数时承载力单调增加,且轴承数越大时,增速越快;偏位角随摩擦系数的增大而增大,且轴承数越大时,摩擦系数对偏位角的影响越明显。

关键词：多叶波箔轴承接触摩擦流固耦合非线性刚度静特性

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气膜孔位置对突肩叶尖气膜冷却效率的影响

航空动力学报 2017年第8期32卷 1844-1852页

作者：成锋娜常海萍张镜洋田兴江杜治能南京航空航天大学能源与动力学院南京210016 南京航空航天大学航天学院南京210016 中国航空发动机集团有限公司沈阳发动机研究所沈阳110015

采用标准k-ε两方程模型求解雷诺平均Navier-Stokes方程组,研究了气膜孔位置对突肩叶尖间隙泄漏流场、气膜冷却效率和表面传热系数的影响,共模拟了3种气膜孔排布方式:中弧线气膜孔、吸力侧气膜孔、前缘气膜孔,考虑了间隙高度(t)和吹风比... 详细信息

采用标准k-ε两方程模型求解雷诺平均Navier-Stokes方程组,研究了气膜孔位置对突肩叶尖间隙泄漏流场、气膜冷却效率和表面传热系数的影响,共模拟了3种气膜孔排布方式:中弧线气膜孔、吸力侧气膜孔、前缘气膜孔,考虑了间隙高度(t)和吹风比(M)的影响。研究结果表明:在冷气流量相同的情况下气膜孔位置对突肩叶尖气膜冷却效率影响很大,中弧线气膜冷却突肩叶尖在中弧线到压力侧突肩区域有较好的气膜覆盖;吸力侧气膜冷却突肩叶尖在中弦处的吸力侧突肩到中弧线区域和尾缘区域有较好的气膜覆盖;前缘气膜孔突肩叶尖在整个叶尖表面都有较好的气膜覆盖。间隙高度对不同突肩叶尖的影响不同。吹风比增大时前缘气膜孔突肩叶尖的气膜冷却效率增幅远大于其余两种排布方式。

关键词：突肩叶尖气膜孔位置气膜冷效效率间隙高度吹风比

动压轴承流固界面非一致滑移流动分析方法及分布特征

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航空学报 2023年第11期44卷 88-102页

作者：张镜洋陈哲吕元伟孙义建张靖周陈卫东罗欣洋南京航空航天大学航天学院南京211106 南京航空航天大学能源与动力学院南京210016 南京航空航天大学机械结构力学及控制国家重点实验室南京210016 南京机电液压工程研究中心、航空机电系统综合航空科技重点实验室南京211106

为解决机载大过载、大偏心下动压轴承微间隙变尺度流动的分析问题,在推演局部剪应力计算滑移速度方程基础上,建立了剪应力方程、滑移修正雷诺方程、弹流润滑气膜厚度方程耦合迭代的界面非一致滑移流动分析方法。对比研究了非一致滑移模... 详细信息

为解决机载大过载、大偏心下动压轴承微间隙变尺度流动的分析问题,在推演局部剪应力计算滑移速度方程基础上,建立了剪应力方程、滑移修正雷诺方程、弹流润滑气膜厚度方程耦合迭代的界面非一致滑移流动分析方法。对比研究了非一致滑移模型与传统模型滑移流场的差异,以及周向非一致滑移速度演化规律,结果表明:非一致滑移模型可以获得与局部克努森数更相符的滑移速度分布,局部滑移对气膜压力的最大影响为10.6%,气膜压力分布数值与实验结果符合度好;随轴承数和偏心率增大,箔片侧与轴面侧依次出现滑移,滑移区域沿周向从最小气膜厚度处周向扩张且滑移速度不断增大,轴面侧滑移区域面积比箔片侧大,最高约为箔片侧的2倍。

关键词：动压轴承非一致滑移极限剪应力滑移速度气膜压力

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冠齿脉冲射流冲击平直靶板对流换热实验

航空动力学报 2023年第4期38卷 787-794页

作者：吕元伟赵韫铎张靖周单勇孙文静张镜洋罗欣洋南京航空航天大学航天学院南京210016 南京航空航天大学能源与动力学院江苏省航空动力系统重点实验室南京210016 中国航空工业集团有限公司金城南京机电液压工程研究中心南京210006

采用红外热像测试技术对占空比(DC)恒定为0.5的冠齿脉冲射流冲击平直靶面,在不同雷诺数(5000~20000)、无量纲冲击间距(2~8)和工作频率(10~25 Hz)下进行了对流换热实验研究。结果表明:在小射流冲击间距下,冠齿脉冲射流冲击局部努塞尔数... 详细信息

采用红外热像测试技术对占空比(DC)恒定为0.5的冠齿脉冲射流冲击平直靶面,在不同雷诺数(5000~20000)、无量纲冲击间距(2~8)和工作频率(10~25 Hz)下进行了对流换热实验研究。结果表明:在小射流冲击间距下,冠齿脉冲射流冲击局部努塞尔数云图在射流驻点附近呈现较为明显波瓣状分布;冠齿喷管在脉冲射流冲击中依然体现出强化对流换热的作用机制,雷诺数和工作频率分别为10000和15 Hz工况下,射流冲击驻点附近的表面传热系数相对圆形脉冲射流提高幅度在20%~30%之间;在冠齿脉冲射流中,脉冲主动激励和冠齿被动诱导激励之间存在着内在的相干机制,导致其对流换热特性与冠齿连续射流和圆形脉冲射流有较大的差异。

关键词：射流冲击冠齿喷管脉冲射流平直靶板对流换热

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突肩叶尖尾缘开槽对间隙流动换热特性的影响

航空动力学报 2016年第2期31卷 383-390页

作者：成锋娜常海萍张镜洋田兴江杜治能南京航空航天大学能源与动力学院江苏省航空动力重点实验室南京210016 南京航空航天大学航天学院南京210016 中国航空工业集团公司沈阳发动机设计研究所沈阳110015

通过数值计算对带有尾缘开槽结构的突肩叶尖间隙流场结构、泄漏流量、泄漏损失、表面传热系数进行了对比研究.研究结果显示:相比全突肩叶尖,吸力侧尾缘开槽突肩叶尖可以改变开槽附近泄漏流的流动路径,有效抑制其与主流的掺混.压力侧尾... 详细信息

通过数值计算对带有尾缘开槽结构的突肩叶尖间隙流场结构、泄漏流量、泄漏损失、表面传热系数进行了对比研究.研究结果显示:相比全突肩叶尖,吸力侧尾缘开槽突肩叶尖可以改变开槽附近泄漏流的流动路径,有效抑制其与主流的掺混.压力侧尾缘开槽和吸力侧尾缘开槽均会增加间隙泄漏流量.压力侧尾缘开槽突肩叶尖会增加间隙泄漏损失,开槽长度越大损失越大.研究范围内的吸力侧尾缘开槽均会减小间隙泄漏损失,但存在最佳开槽长度.压力侧和吸力侧尾缘开槽均会轻微地增加叶尖表面传热系数.

关键词：涡轮叶尖间隙泄漏流量泄漏损失表面传热系数

引入弹性箔片对动压轴承静动态特性影响数值研究

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推进技术 2023年第3期44卷 184-194页

作者：吕昕黄锐张镜洋黄钟文南京航空航天大学机械结构力学及控制国家重点实验室江苏南京210016 南京航空航天大学航天学院江苏南京210016 南京机电液压工程研究中心航空机电系统综合航空科技重点实验室江苏南京211106

随着高速透平机械的快速发展,应用其中的动压轴承也在不断与时俱进。但刚性表面动压轴承和弹性箔片动压轴承的轴承特性对比尚不充分,所以本文系统性地比较了两种轴承的静动态特性并总结各自的优劣及其适用环境。基于中心差分法将可压缩R... 详细信息

随着高速透平机械的快速发展,应用其中的动压轴承也在不断与时俱进。但刚性表面动压轴承和弹性箔片动压轴承的轴承特性对比尚不充分,所以本文系统性地比较了两种轴承的静动态特性并总结各自的优劣及其适用环境。基于中心差分法将可压缩Reynolds方程离散化后,分别与两种动压轴承的气膜厚度方程进行耦合迭代,求解获得静态特性结果。在静态特性的基础上,应用小扰动法求解各自的动态特性参数。将这两种动压轴承的静动态特性参数进行对比研究发现,刚性表面动压轴承的承载特性要优于弹性箔片动压轴承,但影响轴承稳定性的偏位角却不如后者;且刚性表面动压轴承的动态特性参数在大偏心、高转速的工况下均要优于弹性箔片动压轴承,但由于没有弹性箔片的保护,在启停过程中磨损较为严重。

关键词：弹性箔片动压轴承刚性表面轴承静态特性动态特性