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围压下固体推进剂的破坏机理分析

国防科技大学学报 2022年第6期44卷 6-13页

作者：张亮申志彬虞跨海河南科技大学土木工程学院河南洛阳471023 国防科技大学空天科学学院湖南长沙410073

贴壁浇筑的固体发动机推进剂药柱在点火状态下处于三向围压状态,而环向承受拉应变,亟待对围压下推进剂的破坏机理展开研究。基于自研的围压加载试验系统,通过开展推进剂在不同围压、温度和应变率下的单轴拉伸试验来研究围压、温度和应... 详细信息

贴壁浇筑的固体发动机推进剂药柱在点火状态下处于三向围压状态,而环向承受拉应变,亟待对围压下推进剂的破坏机理展开研究。基于自研的围压加载试验系统,通过开展推进剂在不同围压、温度和应变率下的单轴拉伸试验来研究围压、温度和应变率的耦合作用对推进剂力学行为的影响。针对围压下推进剂的力学响应特征,通过细观力学仿真进一步研究围压下推进剂的破坏形式,同时借助电镜扫描试验分析推进剂试样断面的形貌特征,通过试验和仿真相结合的手段分析了围压下推进剂的破坏机理。研究结果表明,围压下推进剂的损伤界面显著减少,且随着围压载荷的逐渐增加,推进剂的损伤形式从以颗粒脱湿为主转变为以颗粒破碎为主。

关键词：固体推进剂围压细观模型电镜扫描破坏机理

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涡轮冷却叶片参数化建模及多学科设计优化

航空动力学报 2007年第8期22卷 1346-1351页

作者：虞跨海岳珠峰西北工业大学力学与土木建筑学院西安710072

建立了一个涉及结构、气动、传热、振动、强度和寿命等学科的涡轮冷却叶片多学科设计优化系统,进行了单孔薄壁冷却叶片的多学科设计优化.提出了单孔薄壁冷却叶片的参数化造型方法,叶片叶型采用5次多项式构造,气动与传热为三维耦合分析;... 详细信息

建立了一个涉及结构、气动、传热、振动、强度和寿命等学科的涡轮冷却叶片多学科设计优化系统,进行了单孔薄壁冷却叶片的多学科设计优化.提出了单孔薄壁冷却叶片的参数化造型方法,叶片叶型采用5次多项式构造,气动与传热为三维耦合分析;叶片体积平均温度与最高温度为优化目标,强度、振动和寿命等学科相关参数为约束,模拟退火与序列二次规划组合算法进行叶片参数空间寻优,在保持冷却气体流量不变的条件下,优化提高了冷却效果,降低了叶片材料的性能要求.

关键词：航空、航天推进系统冷却叶片多学科设计优化参数化建模耦合分析

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基于响应面的涡轮叶片冷却通道设计优化

航空学报 2009年第9期30卷 1630-1634页

作者：虞跨海杨茜倪俊岳珠峰西北工业大学力学与土木建筑学院陕西西安710072 西北工业大学材料学院陕西西安710072

基于响应面近似技术,对涡轮冷却叶片的气动和传热性能进行了设计优化。以冷却通道肋的位置为设计变量,采用拉丁超立方抽样在变量设计空间里选取样本点,根据样本点建立叶片计算模型,采用流-热耦合分析方法得到叶片气动与传热性能参数,拟... 详细信息

基于响应面近似技术,对涡轮冷却叶片的气动和传热性能进行了设计优化。以冷却通道肋的位置为设计变量,采用拉丁超立方抽样在变量设计空间里选取样本点,根据样本点建立叶片计算模型,采用流-热耦合分析方法得到叶片气动与传热性能参数,拟合得到叶片壁面最高温度、平均温度和总压损失关于设计变量的四阶响应面近似模型。采用响应面模型动态修正技术,进行了回流式冷却通道的设计优化,得到了优化解,减少了总压损失,使叶片最高温度下降了24.5K,叶片壁面平均温度下降了34.4K。

关键词：航空发动机响应面冷却通道优化耦合分析涡轮叶片

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排尘孔涡轮冷却叶片叶顶流动与传热研究

机械工程学报 2012年第8期48卷 122-127页

作者：虞跨海杨茜岳珠峰河南科技大学规划与建筑工程学院洛阳471003 西北工业大学材料学院西安710072 西北工业大学力学与土木建筑学院西安710072

涡轮叶片叶顶排尘孔用于清除冷气中掺杂的尘粒,以保证气膜孔和冲击孔的可靠工作,但排尘孔射流引起叶顶流动和传热问题。采用参数化方法建立有、无排尘孔涡轮冷却叶片几何模型,基于包含叶片主体、主燃气通道和三腔回流式内冷却通道的全... 详细信息

涡轮叶片叶顶排尘孔用于清除冷气中掺杂的尘粒,以保证气膜孔和冲击孔的可靠工作,但排尘孔射流引起叶顶流动和传热问题。采用参数化方法建立有、无排尘孔涡轮冷却叶片几何模型,基于包含叶片主体、主燃气通道和三腔回流式内冷却通道的全局模型,采用流热耦合数值分析,开展排尘孔对涡轮冷却叶片叶顶流动与传热问题的初步研究。研究结果表明,对比有、无排尘孔叶片,排尘孔射流可降低叶顶平均温度约25 K;冷却通道对流换热作用和叶顶排尘孔射流可使叶顶平面降温400～600 K,冷却效果与冷却通道冷气流量和尘孔结构在叶顶位置相关;排尘孔叶顶射流对叶顶间隙高温燃气泄漏具有阻碍作用,可以提高叶片总压恢复系数约0.5%～1.5%,随着冷气流量的增大,这种作用增强;尘孔结构设计应兼顾射流对叶顶流动与传热的共同影响。

关键词：排尘孔冷却叶片流热耦合叶顶泄漏叶顶冷却

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单晶冷却叶片气膜孔附近的蠕变持久寿命分析

稀有金属材料与工程 2008年第4期37卷 625-628页

作者：侯乃先虞跨海岳珠峰西北工业大学陕西西安710072

从单晶冷却叶片中取出一个包含气膜孔的单胞模型,在流体和传热分析的基础上,给出了含气膜孔模型的气动载荷和温度分布。建立了一个晶体有限元模型,根据不同取向的蠕变参数,对单胞模型进行蠕变及持久寿命分析。结果表明,气膜孔附近存在... 详细信息

从单晶冷却叶片中取出一个包含气膜孔的单胞模型,在流体和传热分析的基础上,给出了含气膜孔模型的气动载荷和温度分布。建立了一个晶体有限元模型,根据不同取向的蠕变参数,对单胞模型进行蠕变及持久寿命分析。结果表明,气膜孔附近存在一个明显的温度梯度。温度梯度使模型的位移和等效应力的分布产生梯度。温度梯度对气膜孔周围蠕变持久寿命的影响比较大,且对[111]取向的蠕变持久寿命的影响要大于[001]方向。

关键词：镍基单晶温度梯度气膜孔蠕变持久寿命

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基于可靠性的涡轮叶片双循环多学科设计优化

航空动力学报 2009年第9期24卷 2051-2056页

作者：倪俊虞跨海岳珠峰西北工业大学力学与土木建筑学院西安710072

提出一种适用于涡轮叶片复杂结构的基于可靠性多学科设计优化方法.使用多学科可行性优化方法解耦.根据实验设计结果,通过Kriging模型建立多学科分析过程的近似模型,并在计算过程中不断更新近似模型.将Hasofer-Lind Rackwitz-Fiessler(HL... 详细信息

提出一种适用于涡轮叶片复杂结构的基于可靠性多学科设计优化方法.使用多学科可行性优化方法解耦.根据实验设计结果,通过Kriging模型建立多学科分析过程的近似模型,并在计算过程中不断更新近似模型.将Hasofer-Lind Rackwitz-Fiessler(HL-RF)可靠性计算方法和优化算法以双循环可靠性优化方法相结合,实现基于可靠性的多学科设计优化模型.实例分析表明,在保证结构的可靠度要求条件下,设计结果满足性能最优.验证了基于可靠性多学科设计优化方法在工程实践中的应用是可行的.

关键词：多学科设计优化 Kriging模型双循环方法 Hasofer-Lind Rackwitz-Fiessler (HL-RF)法涡轮叶片

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涡轮叶片转弯流道换热分析与优化设计

推进技术 2009年第3期30卷 323-327页

作者：虞跨海岳珠峰杨茜西北工业大学力学与土木建筑学院陕西西安710072 西北工业大学材料学院陕西西安710072

对涡轮叶片冷却通道换热问题进行了研究,提出了新的结构设计方案,改善了叶片性能。采用流-热耦合分析方法对典型三腔回流式冷却叶片气动及传热性能进行了分析,得到叶片压力与温度分析结果,发现叶片最高温度出现在叶尖尾缘位置。对此提... 详细信息

对涡轮叶片冷却通道换热问题进行了研究,提出了新的结构设计方案,改善了叶片性能。采用流-热耦合分析方法对典型三腔回流式冷却叶片气动及传热性能进行了分析,得到叶片压力与温度分析结果,发现叶片最高温度出现在叶尖尾缘位置。对此提出了冷却通道两种新的结构方案,在不降低叶片气动性能的前提下,分别可降低叶片的最高温度和平均温度。通过分析发现,将两种结构特征进行组合,可同时较大幅度地降低叶片最高温度和平均温度,并对新型组合冷却通道进行了优化设计,与原结构相比叶片综合性能得到了较大提高。

关键词：冷却叶片尾缘+ 冷却通道+ 耦合优化设计

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涡轮冷却叶片气动与传热设计优化

计算力学学报 2010年第2期27卷 310-314页

作者：虞跨海岳珠峰杨茜西北工业大学力学与土木建筑学院西安710072 河南科技大学规划与建筑工程学院洛阳471003 西北工业大学材料学院西安710072

提出了航空发动机涡轮冷却叶片叶栅气动与传热自动优化方法,利用函数解析成型方法实现了冷却叶片几何模型的参数化与自动生成,可以建立任意冷却内腔数量的叶片模型;基于N-S方程实现叶片流体域与固体域的流-热耦合分析;采用KS函数方法将... 详细信息

提出了航空发动机涡轮冷却叶片叶栅气动与传热自动优化方法,利用函数解析成型方法实现了冷却叶片几何模型的参数化与自动生成,可以建立任意冷却内腔数量的叶片模型;基于N-S方程实现叶片流体域与固体域的流-热耦合分析;采用KS函数方法将多目标优化问题转化为单目标函数进行优化,以总压损失、叶片最高温度和平均温度最小为优化目标进行了自动优化,改善了叶片性能。

关键词：涡轮冷却叶片多目标优化 KS函数参数化建模流-热耦合

HTPB复合固体推进剂率相关损伤机理分析与验证

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推进技术 2022年第10期43卷 431-439页

作者：张亮职世君申志彬虞跨海河南科技大学土木工程学院河南洛阳471003 中国空空导弹研究院河南洛阳471000 国防科技大学空天科学学院湖南长沙410073

固体发动机在点火过程中常由于结构完整性问题而出现爆炸或性能曲线异常等问题,结合发动机在点火状态下推进剂的受载情况,亟待探索固体推进剂的率相关损伤机理。本文从HTPB复合固体推进剂在宽温和宽应变率下单向定速拉伸试验的力学响应... 详细信息

固体发动机在点火过程中常由于结构完整性问题而出现爆炸或性能曲线异常等问题,结合发动机在点火状态下推进剂的受载情况,亟待探索固体推进剂的率相关损伤机理。本文从HTPB复合固体推进剂在宽温和宽应变率下单向定速拉伸试验的力学响应特征入手,针对应力-应变曲线呈现的“双峰”、“脱湿”点前后移位等现象阐释了推进剂的率相关界面损伤特性,基于建立的推进剂细观有限元模型对推进剂的率相关损伤过程进行了仿真计算,通过提取有限元分析结果的损伤界面分析了推进剂的界面损伤机理,通过高速摄像试验的结果对损伤机理进行了验证。结果表明,推进剂的界面损伤过程具有很强的率相关性,“双峰”和“脱湿”点前后移位均与推进剂在不同应变率下拉伸时内部的损伤演化过程有关。通过对比推进剂在不同应变率下拉伸时断裂前的形貌,高应变率下AP颗粒析出数量较多,在一定程度上印证了本研究对推进剂损伤机理的阐释。

关键词： HTPB复合固体推进剂损伤机理应变率率相关脱湿双峰

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