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中心分级燃烧器流-热-声动态特性实验研究

清华大学学报（自然科学版） 2024年第1期64卷 99-108页

作者：金明陆羽笛李原森柳伟杰葛冰臧述升上海交通大学机械与动力工程学院上海200240 中国航空发动机集团中国航空发动机研究院北京101304

通过高频粒子图像测速法(particle image velocimetry,PIV)及高速相机、压力传感器、光电倍增管等,研究中心分级燃烧器流-热-声动态特性,揭示了中心分级燃烧器单级旋流和中心分级火焰的流动及热声稳定性的变化规律。结果表明:主燃级为... 详细信息

通过高频粒子图像测速法(particle image velocimetry,PIV)及高速相机、压力传感器、光电倍增管等,研究中心分级燃烧器流-热-声动态特性,揭示了中心分级燃烧器单级旋流和中心分级火焰的流动及热声稳定性的变化规律。结果表明:主燃级为旋流火焰时,预燃级的旋流空气会破坏流场中的回流区,加剧主燃级火焰的不稳定性,而预燃级为旋流火焰时可将主燃级火焰的脉动压力幅值降低76.8%;燃烧热负荷增大导致气流加速膨胀,诱发射流剪切层产生更高强度的旋涡,预燃级与主燃级火焰相互干涉可加速旋涡的耗散,改变了旋涡的脱落频率;与单级旋流火焰相比,主燃级和预燃级火焰干涉区的火焰脉动最剧烈,且主燃级射流外剪切层的大尺度旋涡加剧了主燃级火焰的脉动。

关键词：中心分级燃烧器本征正交分解(proper orthogonal decomposition POD)模态分解流动不稳定性热声不稳定性

常用湍流模型对某低速轴流压气机转子叶尖泄漏流的预测研究

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热能动力工程 2024年第1期39卷 23-32页

作者：庄昕伟安广丰赵永康刘宝杰中国航空发动机研究院北京101300 北京航空航天大学航空发动机研究院北京100191

为了研究常用湍流模型对轴流压气机转子叶尖泄漏流的预测能力,对某低速轴流压气机进行了实验研究及数值模拟,对比分析了不同湍流模型预测的转子叶尖泄漏流的流场分布、旋涡特性以及堵塞特性与实验结果的异同。结果表明:对于转子叶尖泄... 详细信息

为了研究常用湍流模型对轴流压气机转子叶尖泄漏流的预测能力,对某低速轴流压气机进行了实验研究及数值模拟,对比分析了不同湍流模型预测的转子叶尖泄漏流的流场分布、旋涡特性以及堵塞特性与实验结果的异同。结果表明:对于转子叶尖泄漏流的旋涡特性,在近失速点,k-ω模型预测的转子叶尖泄漏涡轨迹的斜率和位置在周向上的分布以及泄漏涡涡核的面积与实验结果最接近;对于转子叶尖泄漏流堵塞特性,在堵塞系数达到峰值之前,BSL模型的预测结果与实验结果最相近,而在堵塞系数达到峰值之后k-ε模型的预测结果与实验结果最相近,虽然k-ω模型预测的堵塞系数在整个流向位置都偏高,但堵塞系数沿流向的分布规律与实验结果吻合最好。

关键词：湍流模型叶尖泄漏流轴流压气机

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多旋翼无人机串联混合动力系统能量管理仿真

航空动力学报 2024年第6期39卷 216-227页

作者：徐楷王步宇帅石金清华大学航空发动机研究院北京100084

以最大输出功率为14.9 kW、功质比为2.8的活塞发动机作为主动力源搭建了多旋翼无人机准静态飞行串联混合动力系统功率模型,针对最大起飞质量80 kg级的多旋翼无人机进行了飞行性能模拟计算,重点比较不同能量管理策略的节油效果,并进一步... 详细信息

以最大输出功率为14.9 kW、功质比为2.8的活塞发动机作为主动力源搭建了多旋翼无人机准静态飞行串联混合动力系统功率模型,针对最大起飞质量80 kg级的多旋翼无人机进行了飞行性能模拟计算,重点比较不同能量管理策略的节油效果,并进一步探索多旋翼无人机起飞电池容量和燃油量对经济性和续航能力的影响。结果表明:在荷电状态保持约束下,减少电池上的能量损耗能够降低混动无人机油耗,且最小等效能量消耗策略表现较好;短航时条件下一定比例的电池容量有利于节油,但长航时条件下所用电池能量比例越大,油耗越大,系统经济性越差;载质量越大,任务时间越短,则系统的燃油经济性越好。

关键词：串联混动多旋翼无人机最小等效能量消耗策略能量管理动态规划

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某型航空发动机振动值波动故障诊断和排除

振动．测试与诊断 2024年第2期44卷 274-279,408页

作者：丁小飞廖明夫韩方军王俨剀西北工业大学动力与能源学院西安710072 中国航空发动机集团沈阳发动机研究所沈阳110015

针对某型航空发动机试车过程中的稳态振动波动问题,开展了时域和频域分析,指出振动波动是由于低压2倍频和高压基频振动拍振所引起。推导了航空发动机拍振引起的振动响应,建立了某型航空发动机双转子动力学模型,并进行了仿真分析。仿真... 详细信息

针对某型航空发动机试车过程中的稳态振动波动问题,开展了时域和频域分析,指出振动波动是由于低压2倍频和高压基频振动拍振所引起。推导了航空发动机拍振引起的振动响应,建立了某型航空发动机双转子动力学模型,并进行了仿真分析。仿真结果表明,当发动机两个激振力频率相近时,会产生拍振引起振动波动,仿真结果与试验结果相吻合。结合发动机结构和其工作特点,分析了发动机形成低压倍频-高压基频耦合拍振的条件,给出了拍振排除方法,并通过试验验证了方法的正确性。工程上可以通过调整高压和低压转子转差关系,将转速比调整到合理范围内即可消除拍振。

关键词：航空发动机双转子拍振振动波动

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波转子的驱动力形成机理数值模拟研究

工程热物理学报 2024年第3期45卷 725-732页

作者：产世宁陈叶宇李凤超付超北京航空航天大学宁波创新研究院先进飞行器与空天动力创新研究中心宁波315800 中国航空发动机研究院北京101304 北京航空航天大学航空发动机研究院北京102206

自旋波转子用气流的驱动力维持转子旋转,能够显著简化波转子发动机系统结构、提高可靠性。通过数值模拟方法研究不同几何通道内部流动现象对切向驱动力的影响,解释波转子的驱动力形成机理。结果表明:弯曲几何通道中的激波/膨胀波在传播... 详细信息

自旋波转子用气流的驱动力维持转子旋转,能够显著简化波转子发动机系统结构、提高可靠性。通过数值模拟方法研究不同几何通道内部流动现象对切向驱动力的影响,解释波转子的驱动力形成机理。结果表明:弯曲几何通道中的激波/膨胀波在传播过程中,波面发生倾斜,导致每个通道上下壁面间存在压差,多个通道的正向压差累积最终形成正向驱动力,实现波转子自旋。

关键词：自旋波转子驱动力弯曲通道数值模拟

基于摩擦热效应的刷式密封摩擦副匹配性实验研究

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中国机械工程 2024年第4期35卷 636-645,690页

作者：杨艺潇孙丹兰可心赵欢冯毓钟张杰一沈阳航空航天大学航空发动机学院辽宁省航空宇航推进系统先进测试技术重点实验室沈阳110136 中国航发贵州黎阳航空动力有限公司贵阳550081 中国航空发动机集团有限公司沈阳发动机研究所沈阳110015 中国航空发动机集团有限公司航空发动机动力传输航空科技重点实验室沈阳110015

刷丝与转子涂层相互作用产生的摩擦热效应直接影响刷式密封的密封性能和使用寿命。分析了刷式密封摩擦副之间的摩擦热效应理论,设计搭建了刷式密封摩擦副摩擦热效应实验装置,设计加工了6种不同结构参数与刷丝材料的刷式密封实验件和4种... 详细信息

刷丝与转子涂层相互作用产生的摩擦热效应直接影响刷式密封的密封性能和使用寿命。分析了刷式密封摩擦副之间的摩擦热效应理论,设计搭建了刷式密封摩擦副摩擦热效应实验装置,设计加工了6种不同结构参数与刷丝材料的刷式密封实验件和4种不同涂层材料的摩擦转盘,实验研究了工况参数、结构参数以及不同摩擦副材料对刷式密封摩擦热效应的影响,通过对比分析刷式密封最高温度以及磨损前后摩擦副的磨损形貌及磨损量,获取了刷丝与转子涂层材料的匹配性关系。研究结果表明:刷式密封最高温度会随着摩擦时长的增加先迅速升高后趋于稳定,随着干涉量的增大而升高,干涉量由0.3 mm增大至0.4 mm,刷丝平均最高温升达39.96℃;最高温度随着刷丝束厚度的增加而升高,随着后挡板保护高度的增大而降低;当刷丝材料为钴基高温合金GH605时,最佳转子涂层材料为WC,当刷丝材料为镍基高温合金GH4169时,最佳转子涂层材料为ZrO_(2),此两种匹配材料能够在相同工况下产生较低的摩擦热量,且耐磨性能高于其他匹配材料。

关键词：刷式密封摩擦热效应摩擦副匹配性干涉量

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航空发动机叶片冲击耗散能对机匣包容能力的影响研究

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振动与冲击 2024年第12期43卷 322-330页

作者：曹铁男杨治中王靖元燕吉强张代军中国航空发动机集团有限公司沈阳发动机研究所沈阳110015 中国航空发动机集团有限公司北京航空材料研究院北京100095

面向航空发动机机匣包容精细设计需求,研究飞失过程中叶片耗散能对机匣包容性的影响规律。结合打靶试验及有限元数值仿真,对以TC4靶板为对象的机匣包容原理模拟件进行研究,揭示了机匣包容能力对叶片冲击耗散能的敏感性,验证了数值分析... 详细信息

面向航空发动机机匣包容精细设计需求,研究飞失过程中叶片耗散能对机匣包容性的影响规律。结合打靶试验及有限元数值仿真,对以TC4靶板为对象的机匣包容原理模拟件进行研究,揭示了机匣包容能力对叶片冲击耗散能的敏感性,验证了数值分析方法的准确性和合理性。基于建立的简化风扇模型,明确了机匣包容不同阶段中叶片-机匣能量转化机制,分析了叶片与机匣碰撞过程中机匣包容能力对叶片材料主要参数的敏感性。结果表明,叶片在冲击、碰撞过程产生的耗散能对机匣包容能力有着明显的影响,在工程设计中可考虑通过改善叶片材料延伸率和硬化系数以及降低弹性模量等途径提升机匣的包容能力。

关键词：机匣包容叶片耗散能损伤模式本构参数

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物理信息神经网络代理求解燃烧反应动力学

工程热物理学报 2024年第6期45卷 1872-1881页

作者：张世红张弛王柏森北京航空航天大学航空发动机研究院航空发动机气动热力国家级重点实验室北京100191

现阶段基于神经网络构建化学反应动力学的代理模型被认为是加速燃烧数值计算的重要方法。纯数据驱动神经网络长期存在过于依赖数据采样、鲁棒性和泛化性难以保证等问题。为此,本文在训练化学反应动力学代理模型时引入了质量作用定律、... 详细信息

现阶段基于神经网络构建化学反应动力学的代理模型被认为是加速燃烧数值计算的重要方法。纯数据驱动神经网络长期存在过于依赖数据采样、鲁棒性和泛化性难以保证等问题。为此,本文在训练化学反应动力学代理模型时引入了质量作用定律、质量守恒、能量守恒、元素守恒等物理信息的约束。在零维自燃和二维本生灯火焰的数值计算中,物理信息神经网络在保证2.0~4.7倍加速比的同时,抑制了神经网络代理模型的预测偏差,并且根据输运方程源项误差的理论估计给出了降低代理模型误差、提高模型鲁棒性的相关建议。

关键词：燃烧反应动力学物理信息神经网络源项误差

基于流体振荡器阵列的S型流道主动控制实验研究

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推进技术 2024年

作者：王士奇邵冬罗斌贾志刚陆华伟孔晓治大连海事大学船舶与海洋工程学院中国航空发动机集团有限公司中国航空发动机研究院

本文针对一个典型的大折转角、大尺度S弯流道，设计并制造了一个由16个流体振荡器组成的大型阵列，并对S弯内部流动进行了主动控制实验研究。首先采用高频响热线风速仪、高精度质量流量计等手段测量了流体振荡器的频率、速度、流量等随... 详细信息

本文针对一个典型的大折转角、大尺度S弯流道，设计并制造了一个由16个流体振荡器组成的大型阵列，并对S弯内部流动进行了主动控制实验研究。首先采用高频响热线风速仪、高精度质量流量计等手段测量了流体振荡器的频率、速度、流量等随进口压力的响应变化规律及其在大型阵列中的工作特性一致性。其次采用壁面压力采集、五孔探针等手段测量了不同激励条件下，S弯流道的壁面压力分布以及出口截面的总压分布情况。结果表明，所设计的脉冲型流体振荡器能够产生1000Hz以上，峰值速度高于300m/s的高频高速振荡射流，且阵列中多个振荡器的流量、频率、振荡速度范围等工作特性保持了较好的一致性。流体振荡器阵列在S弯流道上壁面一弯前缘形成了一排开孔率仅为10%的脉冲射流孔，在与主流成45°射流角度、进口马赫数Ma=0.15、激励速度比uR=4.31条件下，仅使用激励质量流量比Cm=0.39%的激励质量流量，就使S弯流道的出口平均总压损失改善了10.6%。本研究验证了流体振荡器阵列控制大尺寸分离流动的高效能力。

关键词： S型流道流体振荡器阵列脉冲射流主动流动控制非定常激励器