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模型燃烧室中值班火焰的燃烧不稳定性分析

北京航空航天大学学报 2024年第3期50卷 951-961页

作者：李明婧郭志辉北京航空航天大学能源与动力工程学院航空发动机气动热力国防重点实验室北京100191

针对模型燃烧室中值班火焰的燃烧不稳定性问题,实验测量燃烧室内多点动态压力和火焰图像,利用快速傅里叶分析、本征正交分解(POD)等方法进行分析。结果表明:随着当量比增大,值班火焰的稳定性发生2次分岔现象,相应的不稳定模态分别对应... 详细信息

针对模型燃烧室中值班火焰的燃烧不稳定性问题,实验测量燃烧室内多点动态压力和火焰图像,利用快速傅里叶分析、本征正交分解(POD)等方法进行分析。结果表明:随着当量比增大,值班火焰的稳定性发生2次分岔现象,相应的不稳定模态分别对应系统的3阶、2阶本征纵向声学模态,均发生极限环振荡。POD结果表明:涡声频率锁定,发生在燃烧室纵向声学模态频率处,燃烧室内发生声-涡-火焰耦合的不稳定过程。而伴随着当量比提高,一方面,大尺度旋涡脱落改变火焰面积引发强烈放热振荡,声能产生增大;另一方面,两分支火焰张角不断增大,火焰位置主要波动方向与主要声学波动沿同一轴线。两方面作用下热声耦合更加容易,热释放脉动与压力脉动耦合的相位角减小,进而发生模态转换。

关键词：燃烧不稳定性值班火焰热声耦合涡声锁定火焰动力学

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单晶涡轮叶片典型任务循环蠕变分析

航空动力学报 2024年第6期39卷 1-9页

作者：石多奇张雨曼隋天校杨晓光北京航空航天大学能源与动力工程学院北京100191

针对单晶涡轮叶片在发动机典型任务循环下的多工况蠕变计算问题,结合变载条件下的单晶合金蠕变本构模型,开发了用于高温结构蠕变计算的ABAQUS/UMAT用户子程序。对某型单晶涡轮叶片进行了典型任务循环下的蠕变计算,识别出可忽略蠕变损伤... 详细信息

针对单晶涡轮叶片在发动机典型任务循环下的多工况蠕变计算问题,结合变载条件下的单晶合金蠕变本构模型,开发了用于高温结构蠕变计算的ABAQUS/UMAT用户子程序。对某型单晶涡轮叶片进行了典型任务循环下的蠕变计算,识别出可忽略蠕变损伤的工作状态从而实现了载荷谱简化,分别计算了该涡轮叶片在10000个战斗机飞行循环和40000个运输机飞行循环下的蠕变变形,并进行了蠕变寿命评估。结果显示:计算采用的典型载荷状态中,该叶片在巡航及以下状态产生的损伤较小,进行蠕变计算时可以删除,简化后的蠕变载荷谱与原载荷谱下叶片产生的蠕变变形基本相等;不同飞机任务剖面下涡轮叶片具有不同的蠕变寿命,在采用的战斗机典型飞行循环下,该叶片的蠕变寿命约为运输机飞行循环下的1/14,这与发动机的大功率状态持续时间占比有关。

关键词：涡轮叶片典型任务循环蠕变变形寿命评估变载蠕变模型 UMAT子程序

时变来流条件下横向射流燃油破碎和雾化特性数值研究

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航空动力学报 2024年第8期39卷 50-59页

作者：张权刘玉英刘坤霖高昭谢奕北京航空航天大学能源与动力工程学院北京100191

针对涡轮基组合循环发动机加力/冲压燃烧室模态转化过程中进口气流随时间剧烈变化的问题,以横向射流为研究对象,在来流温度300~800 K、来流速度100~164 m/s和来流加速度20~100 m/s^(2)条件下,采用雷诺平均/离散相模型相结合的方法探讨... 详细信息

针对涡轮基组合循环发动机加力/冲压燃烧室模态转化过程中进口气流随时间剧烈变化的问题,以横向射流为研究对象,在来流温度300~800 K、来流速度100~164 m/s和来流加速度20~100 m/s^(2)条件下,采用雷诺平均/离散相模型相结合的方法探讨了来流加速度对横向射流外轨迹以及索太尔平均直径(SMD)分布的影响,采用大涡模拟/流体体积法相结合的方法探讨了来流加速度对横向射流燃油雾化过程的影响。结果表明:来流加速度对横向射流外轨迹和下游SMD分布几乎没有影响;来流加速度可能引起射流液柱破碎点延后、反向对转涡沿喷射方向分布变宽且沿展向在边缘处强度减弱,但影响并不显著;时变来流对于燃油破碎及雾化特性无明显影响。

关键词：时变来流流体体积(VOF)模型液雾分布轨迹索太尔平均直径(SMD)分布破碎点

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基于频域特征的航空轴承智能诊断

航空动力学报 2024年第6期39卷 248-258页

作者：李宏宇苏越陈康王俨剀西北工业大学动力与能源学院西安710072

针对航空发动机滚动轴承的故障诊断,提出一种基于频域特征的故障诊断模型。将原始振动信号进行包络解调预处理,仅取每段数据处理后的512个点作为故障特征,将其作为双向循环长短期记忆网络(BiLSTM)模型的输入,可对内圈故障、外圈故障、... 详细信息

针对航空发动机滚动轴承的故障诊断,提出一种基于频域特征的故障诊断模型。将原始振动信号进行包络解调预处理,仅取每段数据处理后的512个点作为故障特征,将其作为双向循环长短期记忆网络(BiLSTM)模型的输入,可对内圈故障、外圈故障、滚动体故障及每种故障所对应3种不同的故障程度进行诊断。该模型不仅弥补完全由原始振动信号输入导致输入数据冗长,特征不明显等缺点,也弥补由人工提取振动特征来进行故障诊断的不确定性。在滚动轴承公开数据集上进行实验,结果表明故障识别的准确度达到99.8%以上。搭建航空轴承实验器来对方法与模型进行检验。基于频域特征的双向循环长短期记忆网络模型能够更准确地对轴承进行故障诊断,所提方法对于航空发动机滚动轴承故障诊断具有重要工程价值。

关键词：故障诊断特征提取神经网络滚动轴承双向循环长短期记忆网络

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天然气简化反应机理构建与验证

航空动力学报 2024年第4期39卷 180-192页

作者：宋晨星曾文陈潇潇胡二江常亚超马宏宇沈阳航空航天大学航空发动机学院沈阳110136 西安交通大学能源与动力工程学院动力工程多相流国家重点实验室西安710049 大连理工大学海洋能源利用与节能教育部重点实验室辽宁大连116024 中国航发沈阳发动机研究所沈阳110015

采用6种详细反应机理对多工况条件下天然气的着火延迟时间、层流燃烧速度以及氧化过程中主要组分摩尔分数进行了数值计算,并与相应试验数据进行了对比分析。结果表明:相比于其他5种详细反应机理,Aramco 2.0机理在天然气的着火延迟、层... 详细信息

采用6种详细反应机理对多工况条件下天然气的着火延迟时间、层流燃烧速度以及氧化过程中主要组分摩尔分数进行了数值计算,并与相应试验数据进行了对比分析。结果表明:相比于其他5种详细反应机理,Aramco 2.0机理在天然气的着火延迟、层流燃烧以及氧化特性的预测上精度最高。基于Aramco 2.0机理,通过路径敏感性分析、生成速率分析与反应路径分析,形成了天然气(CH_(4)/C_(2)H_(6)/C_(3)H_(8))的初始简化机理(包含21种组分、150个反应);同时,基于解耦法,耦合初始简化反应机理中的C_(1)~C_(3)反应机理、H_(2)/CO详细反应机理和NOx简化反应机理,构建了天然气的简化反应机理(包含40种组分、189个反应)。通过与相应试验数据的对比发现,该简化反应机理能很好地预测多工况条件下天然气的着火延迟、层流燃烧与氧化特性。

关键词：天然气简化反应机理解耦法路径敏感性分析生成速率分析

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基于骨架特性的压气机可调叶片模型特性修正

航空动力学报 2024年第7期39卷 196-204页

作者：李斌严红明李方刚曹传军杜辉中国航发商用航空发动机有限责任公司上海200241

基于骨架特性原理,建立压气机可调叶片(VSV)变几何性能模型.介绍了压气机骨架特性处理方法的优点和适用性.基于压气机骨架特性处理方法,开发一种VSV模型修正方法,通过调整流量系数、功系数和损失系数的比例修正系数,实现压气机特性随VS... 详细信息

基于骨架特性原理,建立压气机可调叶片(VSV)变几何性能模型.介绍了压气机骨架特性处理方法的优点和适用性.基于压气机骨架特性处理方法,开发一种VSV模型修正方法,通过调整流量系数、功系数和损失系数的比例修正系数,实现压气机特性随VSV任意角度变化的高精度建模.建立自动优化方法,提高执行效率,减少人工干预.同时,与某型压气机VSV联调试验结果进行对比,相对误差达到小于0.2%的水平,验证了修正方法的正确性和精度;选用比例系数修正特定骨架特性的修正方法,可推广至压气机特性的其他二次影响修正(如雷诺数效应).

关键词：压气机骨架特性可调叶片模型特性修正总体性能仿真

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RP-3航空煤油/O_(2)的氧化与着火特性试验

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航空动力学报 2024年第5期39卷 129-137页

作者：张鑫炜曾文胡斌殷阁媛张英佳马宏宇沈阳航空航天大学航空发动机学院沈阳110136 中国科学院工程热物理研究所北京100190 西安交通大学能源与动力工程学院动力工程多相流国家重点实验室西安710049 中国航发沈阳发动机研究所沈阳110015

在流动管反应器中对当量比分别为0.5、1.0、2.0、温度范围为550~1200 K、压力分别为0.1、3.0MPa条件下RP-3航空煤油/O_(2)的氧化特性进行了试验测试。结果表明:当量比由0.5增加到2.0时,RP-3航空煤油/O_(2)氧化过程中各组分生成的起始温... 详细信息

在流动管反应器中对当量比分别为0.5、1.0、2.0、温度范围为550~1200 K、压力分别为0.1、3.0MPa条件下RP-3航空煤油/O_(2)的氧化特性进行了试验测试。结果表明:当量比由0.5增加到2.0时,RP-3航空煤油/O_(2)氧化过程中各组分生成的起始温度以及出现摩尔分数峰值时的温度均升高;压力由0.1 MPa升高到3.0 MPa时,RP-3航空煤油/O_(2)氧化过程中各组分生成的起始温度以及出现摩尔分数峰值时的温度均降低,烷烃的摩尔分数峰值升高,而烯烃的摩尔分数峰值则降低。同时,在激波管中对当量比分别为0.8、3.5、压力分别为0.2、1.0、5.0 MPa、温度范围为950~1500 K条件下RP-3航空煤油/O_(2)的着火延迟特性进行了试验测试。结果表明,RP-3航空煤油/O_(2)的着火延迟时间随压力与温度的升高、当量比由3.5减小到0.8时逐渐缩短。

关键词： RP-3航空煤油氧化特性流动管反应器激波管着火延迟时间

反旋腰圆形鼓筒孔腔体内旋涡破碎机制与压损特性

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航空动力学报 2024年第8期39卷 60-68页

作者：沈文杰王锁芳张馨丹南京航空航天大学能源与动力学院南京210016

为降低压气机径向引气过程中的压损,本文设计了反旋腰圆形鼓筒孔结构,采用大涡模拟(LES)和经验证的RNG k-ε模型分别探究了腔体内的旋涡演化规律和压损特性,揭示了反旋腰圆形鼓筒孔的旋涡破碎机制与减阻机理。结果表明:反旋腰圆形鼓筒... 详细信息

为降低压气机径向引气过程中的压损,本文设计了反旋腰圆形鼓筒孔结构,采用大涡模拟(LES)和经验证的RNG k-ε模型分别探究了腔体内的旋涡演化规律和压损特性,揭示了反旋腰圆形鼓筒孔的旋涡破碎机制与减阻机理。结果表明:反旋腰圆形鼓筒孔可降低腔体内压损。高速旋涡在腰圆形鼓筒孔腔体的低径位区域内快速强化,旋涡尺度呈快速增大趋势,致使压损系数随径向高度降低而快速升高。与腰圆形鼓筒孔相比,反旋腰圆形鼓筒孔可有效抑制旋涡尺度增大,相对可降低腔体内15.6%的压损。反旋腰圆形鼓筒孔结构简单且引气过程呈线性状态,具有较高工程应用价值。

关键词：共转腔体鼓筒孔相干涡旋涡尺度压损

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正庚烷/甲烷混合燃烧特性数值分析

航空动力学报 2024年第2期39卷 24-31页

作者：石云姣孙继昊徐宏昊庞历瑶赵宁波郑洪涛哈尔滨工程大学动力与能源工程学院哈尔滨150001

针对燃气轮机的双燃料混合燃烧问题,采用直接关系图法对NUI(National University of Ireland)机理进行简化(含204组分,902步反应),在此基础上数值研究了甲烷质量分数和体积分数对正庚烷/甲烷混合燃烧特性的影响。结果表明:提高甲烷体积... 详细信息

针对燃气轮机的双燃料混合燃烧问题,采用直接关系图法对NUI(National University of Ireland)机理进行简化(含204组分,902步反应),在此基础上数值研究了甲烷质量分数和体积分数对正庚烷/甲烷混合燃烧特性的影响。结果表明:提高甲烷体积分数会使混合燃料的着火延迟时间非线性增加,层流火焰速度、绝热火焰温度、一氧化碳排放下降;当甲烷体积分数超过70%时,混合燃料的层流火焰速度和着火延迟时间对甲烷体积分数较为敏感。此外,对于采用正庚烷/甲烷的环形燃烧室,在保持混合燃料热值不变的条件下,两种燃料的火焰锋面位置基本相同,且随着甲烷质量分数的升高,火焰长度和托举高度逐渐增加,燃烧效率、总压损失、一氧化碳和氮氧化物排放逐渐下降;当甲烷质量分数低于30%时,火焰呈“V”型,高于30%时火焰呈“M”型。

关键词：燃气轮机正庚烷甲烷机理简化燃烧室