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对转压气机动叶热态形变气动影响效应及冷热态叶型变换方法研究

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工程热物理学报 2024年第2期45卷 394-400页

作者：王一勐徐强仁白素娟赵巍赵庆军徐建中中国科学院工程热物理研究所北京100190 中国科学院大学航空宇航学院北京100049 中国科学院轻型动力创新研究院北京100190 中国科学院工程热物理研究所分布式冷热电联供系统北京市重点实验室北京100190

为探究高负荷对转压气机动叶形变对气动性能的影响,采用热流固耦合计算方法分析了离心、气动及热载荷作用下的叶片形变规律,探索了形变下低压转子及对转压气机的气动性能变化机理,并进一步开展了冷热态叶型变换方法研究。结果表明:在总... 详细信息

为探究高负荷对转压气机动叶形变对气动性能的影响,采用热流固耦合计算方法分析了离心、气动及热载荷作用下的叶片形变规律,探索了形变下低压转子及对转压气机的气动性能变化机理,并进一步开展了冷热态叶型变换方法研究。结果表明:在总载荷作用下,低压转子和高压转子叶片前缘分别向吸力面和压力面方向形变,导致低压转子工作点向失速边界移动,对转压气机堵塞流量降低,峰值效率下降。通过采用基于虚功原理的逆向求解计算,可以在无需变形量反向插值和迭代修正下得到动叶的冷态叶型,进而实现设计的气动性能。

关键词：对转压气机热流固耦合叶片形变冷热态变换

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圆顶形层联机织预制体参数化几何建模

航空学报 2024年第16期45卷 260-270页

作者：张长龙陈利王静岳万里史晓平天津工业大学纺织科学与工程学院天津300387 天津工业大学复合材料研究院先进纺织复合材料教育部重点实验室天津300387

通过一体化仿形织造技术制备的圆顶形层联机织预制体(DIWP)具有可设计性好、结构稳定、承载能力强等特点。探究DIWP微细观结构并构建其参数化几何模型,对于预测DIWP力学性能并指导其工艺设计十分重要。基于预制体宏观结构特征、织造工... 详细信息

通过一体化仿形织造技术制备的圆顶形层联机织预制体(DIWP)具有可设计性好、结构稳定、承载能力强等特点。探究DIWP微细观结构并构建其参数化几何模型,对于预测DIWP力学性能并指导其工艺设计十分重要。基于预制体宏观结构特征、织造工艺参数对DIWP参数化模型构造方法进行了全面研究,并使用SolidWorks软件建立了实体几何模型。结果表明:通过引入纬斜角可以描述DIWP纱线的空间坐标与运动路径之间的关系;一元二次函数形式的抛物线凸透镜形纱线截面假设适用于DIWP;讨论3种不同细观结构的DIWP参数化模型,进一步得到了具有系统性、可靠性、普适性研究价值的DIWP的参数化模型构造理论;模型解析式全部由MATLAB软件推导得出,可求解且唯一;参数化模型能够有效表征DIWP的空间拓扑关系、计算纤维体积含量,与实测值对比,误差为-3.43%。所得结论为DIWP的仿真模拟提供了理论依据,并对其实际制备工艺的设计具有指导意义。

关键词：圆顶形层联机织预制体参数化模型纬斜角一元二次函数纤维体积含量

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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

CMC-EBC损伤耦合机理及一体化设计研究进展

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无机材料学报 2024年第6期39卷 647-661页

作者：方光武谢浩元张华军高希光宋迎东南京航空航天大学通用航空与飞行学院溧阳213300 南京航空航天大学航空发动机热环境与热结构工业和信息化部重点实验室南京210016 中国人民解放军第二军事代表处成都610000

陶瓷基复合材料与环境障碍涂层组合(CMC-EBC)是目前航空航天领域最具应用前景的热结构材料体系。本文对CMC-EBC失效机理与分析模型的研究进展进行综述。首先,简要回顾了CMC-EBC材料体系的发展及主要制备工艺。然后,综述了CMC-EBC在服役... 详细信息

陶瓷基复合材料与环境障碍涂层组合(CMC-EBC)是目前航空航天领域最具应用前景的热结构材料体系。本文对CMC-EBC失效机理与分析模型的研究进展进行综述。首先,简要回顾了CMC-EBC材料体系的发展及主要制备工艺。然后,综述了CMC-EBC在服役环境下的主要损伤模式与失效机理,总结发现CMC预制体结构、孔洞缺陷和EBC内裂纹等损伤演化相互影响,这种细观损伤模式的耦合是决定其寿命的关键因素之一,但目前的机理研究主要集中于涂层本身性能及其受环境因素的影响,缺乏对涂层和复合材料编制结构在损伤演化过程中协同效应的考虑。接下来,详细分析了CMC-EBC的失效模拟与预测模型研究的历史与现状,指出其中存在的问题,包括环境因素建模方法和损伤耦合演化模拟技术。目前大部分工作致力于分别开发CMC和EBC的失效模型,而对于CMC-EBC构件的失效预测应考虑其损伤演化与微观结构之间的相互耦合影响。最后,对CMC-EBC材料体系研发与服役性能预测方法进行了展望,认为CMC本体和EBC失效模式相互耦合,开展结构功能一体化设计和分析是CMC-EBC构件研究的趋势。

关键词：陶瓷基复合材料环境障碍涂层损伤耦合失效模型一体化设计综述

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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

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

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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

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天然气层流燃烧特性的实验与数值计算

航空动力学报 2024年第2期39卷 57-66页

作者：党嘉莹曾文陈潇潇谷午胡二江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

在定容弹中试验测量了压力分别为0.1、0.2、0.3 MPa,当量比范围为0.7~1.4,温度分别为300、350、400 K,O_(2)体积分数分别为15%、18%、21%,CO_(2)体积分数分别为0%、10%、20%,H2O体积分数分别为0%、10%、20%工况条件下天然气(0.9甲烷/0.0... 详细信息

在定容弹中试验测量了压力分别为0.1、0.2、0.3 MPa,当量比范围为0.7~1.4,温度分别为300、350、400 K,O_(2)体积分数分别为15%、18%、21%,CO_(2)体积分数分别为0%、10%、20%,H2O体积分数分别为0%、10%、20%工况条件下天然气(0.9甲烷/0.07乙烷/0.03丙烷,摩尔分数)的火焰发展特性以及层流燃烧速度。同时,利用敏感性分析等方法构建了天然气的简化反应机理(40种组分和189个反应),并对其层流燃烧速度进行了数值计算。结果表明:当当量比由0.7提升至1.4时,天然气的层流燃烧速度先升高后降低,其峰值在当量比1.1附近;层流燃烧速度随着初始温度、O_(2)体积分数的增多或初始压力、CO_(2)及H2O体积分数的减少而逐渐得到提升。构建的天然气简化反应机理可以较好的预测层流燃烧速度随当量比变化的整体趋势;但是,部分工况下预测值略低于试验值。

关键词：天然气层流燃烧速度定容弹简化反应机理敏感性分析