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复合掠弯轴流增压设计技术

航空学报 2024年第5期45卷 317-335页

作者：曹志鹏王永明赵龙波关朝斌牛潇陈晨中国航发四川燃气涡轮研究院成都610500

提高增压比是未来涡扇发动机实现低耗油率需求的关键途径,而级数少、重量轻、长度短的高负荷轴流增压系统一直是研究重点。小展弦比复合掠弯能够有效控制超声速流动损失以及大折转角下的流动分离,是高负荷设计技术的重点发展方向。本文... 详细信息

提高增压比是未来涡扇发动机实现低耗油率需求的关键途径,而级数少、重量轻、长度短的高负荷轴流增压系统一直是研究重点。小展弦比复合掠弯能够有效控制超声速流动损失以及大折转角下的流动分离,是高负荷设计技术的重点发展方向。本文在大前掠带箍风扇基础上,开展了高负荷两级风扇超跨声速级间流动匹配研究,发展了全新的小展弦比、三维掠弯设计方法;基于试验结果完成了一维、二维特性模型修正,采用优化方法建立了全工况性能匹配调节规律,并完成了优化调节试验验证。以此为基础,为进一步提高负荷,开展小展弦比串列叶片前段减速增压、后段折转增压概念原理设计和试验验证;运用数值模拟方式进行了动叶自循环吸附验证;完成了低反力度气动布局设计和静叶吸附的试验验证。最后,初步讨论了可变流量Flade叶片构型面临的高效率全超声速动叶设计、环内壁低损失超声速流动控制等技术挑战,以及柔性叶片和智能材料相融合的造型设计方法。

关键词：小展弦比复合掠弯串列叶片自循环吸附低反力度 Flade叶片柔性叶片

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风扇叶片冰撞仿真方法与试验

航空动力学报 2024年第8期39卷 262-271页

作者：沈庆阳何凌川黎方娟古远兴赵朝君中国航发四川燃气涡轮研究院成都610500

采用光滑粒子流体动力学法和拉格朗日法对冰撞过程进行仿真分析,开展了冰雹撞击钢板、撞击钛合金薄板、撞击非旋转态真实风扇叶片的打靶试验验证。结果表明:采用的考虑压缩强度与应变率相关的冰雹本构模型和SPH法能够很好的描述冰雹撞... 详细信息

采用光滑粒子流体动力学法和拉格朗日法对冰撞过程进行仿真分析,开展了冰雹撞击钢板、撞击钛合金薄板、撞击非旋转态真实风扇叶片的打靶试验验证。结果表明:采用的考虑压缩强度与应变率相关的冰雹本构模型和SPH法能够很好的描述冰雹撞击过程,仿真结果与打靶试验结果吻合良好。基于该本构模型和算法,对某发动机在爬升状态下吞入直径1.1 cm的冰雹情况进行仿真,揭示了叶片不同部位冰撞后的变形情况,发现撞击叶尖部位带来的塑性应变最大。开展整机吞冰试验,试验获得的冰雹撞击部位的叶片变形长度与仿真结果误差小于10%。改进了叶片前缘半径和最大厚度分布,提升了叶片的抗冰撞能力,为风扇叶片抗冰撞改进设计积累了良好的设计经验。

关键词：风扇叶片冰撞光滑粒子流体动力学应变率变形

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航空发动机数字工程初步研究与发展思考

航空学报 2024年第5期45卷 128-145页

作者：黄维娜黎方娟祁宏斌中国航发四川燃气涡轮研究院成都610500

新时代中国社会经济和工业体系的高质量发展,对航空发动机的研制提出更高要求,迫切需要借助数字工程系统化提升产品敏捷研发能力、夯实自主研制基础和提高客户满意度。本文分析了国外数字工程实施现状和发展趋势,结合中国航空发动机行... 详细信息

新时代中国社会经济和工业体系的高质量发展,对航空发动机的研制提出更高要求,迫切需要借助数字工程系统化提升产品敏捷研发能力、夯实自主研制基础和提高客户满意度。本文分析了国外数字工程实施现状和发展趋势,结合中国航空发动机行业数字化建设基础,提出了航空发动机数字工程总体技术框架,初步定义了数字工程在航空发动机全生命周期内的应用场景,对航空发动机数字工程建设的关键技术进行了初步识别和分析。在建设实施层面提出了逐步推行先导试点项目、构建数字化生态和文化、统筹算力支撑、加强仿真采信等发展建议。

关键词：航空发动机数字工程数字系统模型数字线索数字孪生

基于参数化建模的涡轮叶片气热耦合分析方法研究

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推进技术 2024年第4期45卷 100-110页

作者：王孟君薛伟鹏陈阿龙曾军中国航发四川燃气涡轮研究院四川成都610500

气冷涡轮的出现使得航空发动机涡轮前温度可以进一步提高,促进了高性能航空发动机的飞速发展。然而随着复杂的内部冲击、扰流强化换热、对流气膜、致密气膜喷淋等冷却形式在涡轮部件上得到应用,冷气与燃气之间的相互作用也越发复杂。为... 详细信息

气冷涡轮的出现使得航空发动机涡轮前温度可以进一步提高,促进了高性能航空发动机的飞速发展。然而随着复杂的内部冲击、扰流强化换热、对流气膜、致密气膜喷淋等冷却形式在涡轮部件上得到应用,冷气与燃气之间的相互作用也越发复杂。为对复杂冷却涡轮叶片的流动和传热耦合影响进行快速、精细化评估,本文建立了一种参数化建模方法,针对GE E3高压涡轮一级导向器进行高保真几何建模和气热耦合仿真。分析结果表明,该参数化建模方法可实现复杂气冷涡轮叶片的高保真几何建模,获得较高的气热耦合计算精度。同时通过详细分析获得了大量的涡轮叶片内部流动换热细节,可支撑高温涡轮叶片的精细化设计。

关键词：气冷涡轮参数化建模气热耦合高保真几何模型叶片冷却

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航空燃气涡轮-电混合动力系统关键技术分析

推进技术 2024年第3期45卷 73-83页

作者：伏宇刘昭威郑天慧王鹏中国航发四川燃气涡轮研究院四川成都610500

本文介绍了串联式和并联式混合动力系统的基本原理与性能特点,对混合动力的性能优势来源进行了原理性阐述。针对混合动力的系统架构,分析了性能设计、控制系统、电机设计以及热管理方面的关键技术。航空燃气涡轮-电混合动力技术的发展,... 详细信息

本文介绍了串联式和并联式混合动力系统的基本原理与性能特点,对混合动力的性能优势来源进行了原理性阐述。针对混合动力的系统架构,分析了性能设计、控制系统、电机设计以及热管理方面的关键技术。航空燃气涡轮-电混合动力技术的发展,有可能对传统航空发动机领域产生颠覆性变革。需要打破原有航空发动机热力机械设计思维,将动力系统所涉及的推进、电能以及热管理进行融合设计,推动航空动力系统效能进一步提升。

关键词：燃气涡轮电推进混合动力航空发动机综述

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航空发动机风扇转子叶片抗鸟撞改进设计

航空动力学报 2024年第2期39卷 86-94页

作者：汪松柏牛潇霍嘉欣张震相江柏均刘昭威中国航发四川燃气涡轮研究院成都610500

为提高航空发动机风扇转子叶片抗鸟撞能力,基于光滑粒子流体动力学(SPH)方法及LSDYNA显式动力学分析软件对风扇转子叶片的抗鸟撞能力进行评估,分析了不同关键设计参数对气动性能和叶片抗鸟撞性能的影响。结果表明:真实鸟体撞击风扇转子... 详细信息

为提高航空发动机风扇转子叶片抗鸟撞能力,基于光滑粒子流体动力学(SPH)方法及LSDYNA显式动力学分析软件对风扇转子叶片的抗鸟撞能力进行评估,分析了不同关键设计参数对气动性能和叶片抗鸟撞性能的影响。结果表明:真实鸟体撞击风扇转子叶片后,主要造成叶片前缘变形、卷边和撕裂。风扇气动性能随叶片前缘半径增大而降低,当前缘半径超过0.25 mm后,风扇的稳定裕度急剧下降;最大厚度位置后移对风扇气动性能有益,但风扇转子叶片抗鸟撞能力下降。在保证风扇气动性能的前提下,通过合理选取设计参数,对风扇转子叶片进行改进设计,改进后叶片的抗鸟撞能力由30 g提高到50 g,抗鸟撞能力得到明显提升。

关键词：风扇转子叶片光滑粒子流体动力学(SPH) 鸟撞改进设计气动性能

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凹腔驻涡与径向组合稳定器的流动与燃烧特性

航空动力学报 2024年

作者：康玉东钟世林彭维康翟云超邓远灏中国航发四川燃气涡轮研究院清华大学航空发动机研究院

为了提升凹腔驻涡加力燃烧室的综合燃烧性能，获取径向稳定器倾角对组合稳定器系统流动及燃烧特性的影响规律，设计了安装倾角5°、8°、10°、15°的凹腔驻涡加力燃烧室，采用数值模拟与试验验证相结合的方法，进行了不同余气系数下的... 详细信息

为了提升凹腔驻涡加力燃烧室的综合燃烧性能，获取径向稳定器倾角对组合稳定器系统流动及燃烧特性的影响规律，设计了安装倾角5°、8°、10°、15°的凹腔驻涡加力燃烧室，采用数值模拟与试验验证相结合的方法，进行了不同余气系数下的综合燃烧性能研究。研究工况外涵温度600K、内涵温度1000K、内涵压力180kPa、涵道比0.17、余气系数为1.27～2。获得了加力燃烧室流场、出口燃气温度、总压恢复系数、凹腔壁温、径向稳定器壁温变化规律。结果表明，与径向稳定器10°倾角相比，5°倾角下总压恢复系数低0.002～0.006、出口燃气温度高20～40K、凹腔驻涡稳定器最高壁温低63～82K、径向稳定器壁温高60～70K。

关键词：径向稳定器倾角凹腔驻涡稳定器加力燃烧室流动特性燃烧特性

弹性环式挤压油膜阻尼器一体化圆柱滚子轴承保持架振动特性分析

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振动与冲击 2024年第5期43卷 302-314页

作者：王树涵杨海生唐瑞罗斌杨小民邓四二河南科技大学机电工程学院洛阳471003 中国航空发动机集团有限公司四川燃气涡轮研究院成都610500

航空发动机主轴中滚动轴承为了降低系统振动经常与弹性环式挤压油膜阻尼器(elastic ring squeeze film damper, ERSFD)联合使用。基于滚动轴承动力学理论和流体力学控制方程,采用变步长积分算法建立圆柱滚子轴承与ERSFD耦合的动力学分... 详细信息

航空发动机主轴中滚动轴承为了降低系统振动经常与弹性环式挤压油膜阻尼器(elastic ring squeeze film damper, ERSFD)联合使用。基于滚动轴承动力学理论和流体力学控制方程,采用变步长积分算法建立圆柱滚子轴承与ERSFD耦合的动力学分析模型,对外圈带ERSFD的圆柱滚子轴承保持架振动特性和打滑率进行研究。研究结果表明:与未装配ERSFD的圆柱滚子轴承相比,ERSFD可以提高圆柱滚子轴承保持架的稳定性。过大或过小的弹性环凸台数量与宽度都不利于圆柱滚子轴承保持架的稳定性,需要选择合适的凸台数量和宽度。径向载荷与转速对带弹性环的圆柱滚子轴承保持架稳定性影响显著,保持架涡动频率的谐波次数随着径向载荷的增加而减少,其对应的幅值也减小;保持架涡动频率的谐波次数随着转速的增加而增加,其对应幅值也增加。

关键词：圆柱滚子轴承弹性环式挤压油膜阻尼器(ERSFD) 轴承动力学保持架振动特性保持架打滑率

双级轴向旋流燃烧室流场特性的试验测试与数值计算

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航空动力学报 2024年

作者：许昕婷曾文刘凯马洪安汪庆赵雅婷沈阳航空航天大学航空发动机学院中国航发四川燃气涡轮研究院

对某型航空发动机双级轴向旋流燃烧室内流场结构与流场特性进行了试验测试与数值计算，获得了不同工况条件下该型燃烧室不同纵向截面和横向截面上流场结构、流线及流速分布特性。结果表明，该型燃烧室纵向截面上均存在两个对称分布的角... 详细信息

对某型航空发动机双级轴向旋流燃烧室内流场结构与流场特性进行了试验测试与数值计算，获得了不同工况条件下该型燃烧室不同纵向截面和横向截面上流场结构、流线及流速分布特性。结果表明，该型燃烧室纵向截面上均存在两个对称分布的角回流区和一个中心回流区，且随X轴正向距离的增加或进气流量的降低，回流区内空气流速逐渐降低。随Y轴正向距离的增加，该型燃烧室横向截面上气流旋向趋于同向且空气流速降低；同时，随着进气流量的增加，同一横截面上气流的流场形态及速度分布特性基本一致，但空气流速逐渐升高。在不同工况条件下，X=0mm的中心纵截面上，各轴向距离处轴向速度分布基本一致，在Z=0mm处轴向速度均达到负速度最大值，并随着径向距离的增加，轴向速度逐渐降低；随着轴向距离的增加，回流区范围逐渐减小，轴向速度先增加后降低，在Y=50mm处轴向速度达到最大；同时，在各轴向距离处，随着进气流量的增加，轴向速度逐渐升高。不同工况条件下计算得到的X=0mm的纵截面上、轴向距离Y=30mm处轴向速度、径向速度分布特性与相应试验值吻合较好，相对误差均低于10%。

关键词：双级轴向旋流器流场结构流场特性回流区数值计算