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缝式机匣处理对对转压气机最先失速级的影响

航空动力学报 2024年第6期39卷 259-274页

作者：王磊高丽敏茅晓晨郭彦超西北工业大学动力与能源学院西安710072 西北工业大学翼型、叶栅空气动力学国家级重点实验室西安710072

为探究缝式机匣处理对对转压气机最先失速级的影响规律,以双级对转压气机为研究对象,采用数值模拟的方法,开展了缝式机匣处理对对转压气机最先失速级的影响研究。研究表明:缝式机匣处理下该对转压气机的失速初始扰动类型仍为突尖型失速... 详细信息

为探究缝式机匣处理对对转压气机最先失速级的影响规律,以双级对转压气机为研究对象,采用数值模拟的方法,开展了缝式机匣处理对对转压气机最先失速级的影响研究。研究表明:缝式机匣处理下该对转压气机的失速初始扰动类型仍为突尖型失速,机匣处理前移压气机的最先失速级由转子R2转换为转子R1,而机匣处理后移未改变该压气机的失速级。机匣处理前移抑制了转子R2前缘溢流的发生,降低了叶片通道内的非定常脉动强度,而转子R1在近失速工况下叶片前缘溢流加剧,主流和泄漏流的交界面被推出叶片通道,同时叶片通道内的非定常脉动强度增大,最终使得转子R1首先进入失速状态;机匣处理向转子R2下游移动,难以抑制前缘溢流的发生,虽然此时转子R1也出现了前缘溢流现象,但转子R2前缘溢流更剧烈,主流和泄漏流交界面的位置更远离叶片前缘,更容易使压气机发生失速。

关键词：对转压气机缝式机匣处理压气机失速最先失速级叶尖泄漏流

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平面叶栅风洞流场品质的被动调控策略

航空动力学报 2024年第7期39卷 217-228页

作者：蔡明高丽敏晋文浩雷祥福西北工业大学动力与能源学院西安710129 西北工业大学翼型、叶栅空气动力学国家级重点实验室西安710129

为了提升高负荷叶型的平面叶栅试验流场品质以保证试验数据的可靠性和准确性,建立了平面叶栅流场品质的评价参数,提出了中间流线型上端壁及其与出口可调尾板组合的两种被动调控方案.采用试验验证的数值模拟方法研究了以上两种方案对高... 详细信息

为了提升高负荷叶型的平面叶栅试验流场品质以保证试验数据的可靠性和准确性,建立了平面叶栅流场品质的评价参数,提出了中间流线型上端壁及其与出口可调尾板组合的两种被动调控方案.采用试验验证的数值模拟方法研究了以上两种方案对高负荷平面叶栅流场品质的调控策略.结果表明:两种调控方案均能够有效抑制上端壁区域的流场恶化,进而提升平面叶栅的来流准确性、流场周期性以及二维性.采用与平面叶栅理想中间流线相匹配的上端壁安装角和周向距离,以及尾板安装角时,两种方案对流场品质的提升效果最好.中间流线型上端壁组合出口尾板方案优于中间流线型上端壁方案,使叶栅中间3个叶片通道的进口马赫数偏差不超过±0.005,来流攻角偏差不超过±0.3°;叶栅进口和出口马赫数的周期性偏差不超过0.005,气流角的周期性偏差不超过0.3°;设计攻角下叶栅轴向速度密度比(AVDR)达到1.1,叶栅二维性较好.两种调控方案对叶栅大攻角工况的流场品质调节具有很好的适用性.

关键词：平面叶栅试验端壁改型尾板流场品质准确性周期性

钝头前缘加工不确定性对亚声速压气机叶型气动性能的影响

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航空动力学报 2024年第2期39卷 171-181页

作者：王浩浩高丽敏杨光黄萍唐凯西北工业大学动力与能源学院西安710072 西北工业大学翼型、叶栅国家级重点实验室西安710072 中国航发四川燃气涡轮研究院成都610500

为对压气机叶片前缘的精细化设计与制造提供有力参考,以某高亚声速压气机叶型为研究对象,基于非嵌入式多项式混沌方法,定量评估了钝头前缘加工不确定性对叶型气动性能的影响。结果表明:在全工况范围内,钝头前缘加工误差恶化了叶型的平... 详细信息

为对压气机叶片前缘的精细化设计与制造提供有力参考,以某高亚声速压气机叶型为研究对象,基于非嵌入式多项式混沌方法,定量评估了钝头前缘加工不确定性对叶型气动性能的影响。结果表明:在全工况范围内,钝头前缘加工误差恶化了叶型的平均性能;在7°攻角下,叶型气动性能的波动幅度最大。在设计攻角下,钝头前缘的加工不确定性导致叶型平均损失增加18.7%,平均静压比降低1.2%。在7°攻角下,叶型总压损失系数的波动幅度是设计攻角下的4倍。根据叶型气动参数对钝头前缘加工误差的敏感性分析结果,发现两者呈现近线性关系。通过叶型流场的不确定分析可知,钝头前缘加工误差对前缘绕流影响显著,进而导致叶型吸力侧损失和尾迹掺混损失增大。分析了不同前缘加工公差下钝头前缘对叶型的不确定性影响,确定了前缘抛光的加工公差范围。

关键词：压气机前缘加工误差不确定性量化非嵌入混沌多项式

无参数自适应罚函数的高效代理模型优化设计方法

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北京航空航天大学学报 2024年第4期50卷 1262-1272页

作者：张伟高正红王超夏露西北工业大学航空学院西安710072 西北工业大学翼型、叶栅空气动力学国家级重点实验室西安710072 北京电子工程总体研究所北京100854

在飞行器气动外形优化设计中,复杂约束条件导致设计空间可行域呈现不连续的特征,且理想解大多靠近约束边界,传统高效代理模型方法难以适用。研究了参考点对优化设计的影响,提出了一种考虑约束的参考点选择机制;对于最优解靠近边界的问题... 详细信息

在飞行器气动外形优化设计中,复杂约束条件导致设计空间可行域呈现不连续的特征,且理想解大多靠近约束边界,传统高效代理模型方法难以适用。研究了参考点对优化设计的影响,提出了一种考虑约束的参考点选择机制;对于最优解靠近边界的问题,罚函数法更加有效,但惩罚因子的设置对于罚函数方法影响很大,不合适的惩罚因子反而会损害优化效率,分析了优化过程中罚函数方法对惩罚因子的要求,提出了一种无参数自适应罚函数的代理模优化设计方法,引入基于样本分析的惩罚项,结合归一化目标值和约束值,在优化过程中动态调整惩罚因子,使优化能够尽可能地聚焦于可行域内,迅速收敛到最优解,实现样本的高效配置。通过带约束的函数算例和翼型优化算例证实,所提方法可以大幅提高飞行器气动外形优化设计效率。

关键词：优化设计代理模型参考点气动设计自适应罚函数

进口附面层条件对压气机串列叶栅端区流动特性的影响研究

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航空动力学报 2024年

作者：茅晓晨焦英辰杨宗豪西北工业大学动力与能源学院西北工业大学翼型叶栅空气动力学国家级重点实验室

进口附面层条件对压气机内部流动特性具有显著影响，为探究其对高负荷压气机串列叶栅端区流动特性的影响，本文采用定常数值方法对某高亚声速压气机串列叶栅流场进行计算，并研究了不同进口条件，包括附面层厚度及常规和倾斜两种形式对... 详细信息

进口附面层条件对压气机内部流动特性具有显著影响，为探究其对高负荷压气机串列叶栅端区流动特性的影响，本文采用定常数值方法对某高亚声速压气机串列叶栅流场进行计算，并研究了不同进口条件，包括附面层厚度及常规和倾斜两种形式对叶尖泄漏和角区分离两种流动结构的影响，结果表明：在无叶尖间隙时，进口附面层增厚会使角区分离在前叶的三维尺度以及后叶的周向范围增大，附面层倾斜效应使前叶二次流削弱而后叶二次流增强，总压损失降低，且进口附面层厚度增大使倾斜效应对角区流动的影响降低。1%叶高间隙下，增大附面层厚度使泄漏涡的展向尺度增大，附面层倾斜效应则使前叶泄漏涡增强，后叶泄漏涡减弱，总压损失减小，而进口附面层厚度增加使倾斜效应对叶尖端区流动的影响增强。

关键词：串列叶栅进口附面层倾斜附面层叶尖泄漏流角区分离

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波纹对高亚声叶型性能影响试验与机理分析

航空动力学报 2024年第7期39卷 229-237页

作者：杨光高丽敏王浩浩黄萍西北工业大学动力与能源学院西安710072 西北工业大学翼型、叶栅空气动力学国家级重点实验室西安710072 中国航发四川燃气涡轮研究院四川绵阳621000

基于压气机叶片加工过程中出现的波纹现象,加工出4种波纹形式叶栅试验件并开展平面叶栅吹风试验,得到波纹对叶型性能及表面负荷的影响规律并进行机理分析.结果表明:叶背波纹现象整体上增加叶型损失.负攻角下,叶背波纹对流场的影响会传... 详细信息

基于压气机叶片加工过程中出现的波纹现象,加工出4种波纹形式叶栅试验件并开展平面叶栅吹风试验,得到波纹对叶型性能及表面负荷的影响规律并进行机理分析.结果表明:叶背波纹现象整体上增加叶型损失.负攻角下,叶背波纹对流场的影响会传播至叶背下游和叶盆,整体改变叶型表面压力分布.气流在波纹出现位置产生"加速-减速"的周期性更迭,波纹宽度直接决定了更迭的频次,不同的波纹初始相位影响叶背前缘区域加速趋势.叶背波纹会改变前缘"吸力峰"强度,波纹对叶型前缘转捩位置的作用机制与叶型自身特性有关,当波纹起始位置在原始叶型转捩位置前,吸力峰强度的变化会改变前缘转捩位置.

关键词：压气机波纹度平面叶栅试验气动性能前缘转捩

超高温氧化物陶瓷激光增材制造及组织性能调控研究进展

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无机材料学报 2024年第7期39卷 741-753页

作者：陈乾苏海军姜浩申仲琳余明辉张卓西北工业大学凝固技术国家重点实验室西安710072 西北工业大学深圳研究院深圳518057

氧化物陶瓷具有高硬度、高强度以及优异的抗氧化和抗腐蚀性能,是高性能发动机极端高温、燃气腐蚀、氧化服役环境用重要的候选高温结构材料,在航空航天用高端装备领域具有广阔的应用前景。与传统陶瓷制备技术相比,激光增材制造技术能够... 详细信息

氧化物陶瓷具有高硬度、高强度以及优异的抗氧化和抗腐蚀性能,是高性能发动机极端高温、燃气腐蚀、氧化服役环境用重要的候选高温结构材料,在航空航天用高端装备领域具有广阔的应用前景。与传统陶瓷制备技术相比,激光增材制造技术能够一步实现从原材料粉末到高性能结构件的一体化高致密成型,具有柔性度好、成型效率高的特点,可以快速制备高性能、高精度、大尺寸复杂结构部件。近年来,基于液固相变发展的熔体生长氧化物陶瓷激光增材制造技术已成为高温结构材料制备技术领域的前沿研究热点之一。本文首先概述了激光增材制造技术的基本原理,着重介绍了选区激光熔化与激光定向能量沉积两种典型激光增材制造技术的工艺特点。在此基础上,重点阐述了利用激光增材制造技术制备不同氧化物陶瓷的组织特征及工艺参数对微观组织的影响规律,并总结比较了不同体系氧化物陶瓷力学性能的差异。最后,对该领域存在的问题进行了梳理和分析,并对未来的发展趋势进行了展望。

关键词：超高温氧化物陶瓷激光增材制造选区激光熔化激光定向能量沉积组织调控综述

高超声速飞行器宽速域气动布局设计与优化研究进展

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空天技术 2024年第2期2024卷 1-14页

作者：张阳韩忠华张科施宋科宋文萍西北工业大学航空学院气动与多学科优化设计研究所西北工业大学翼型、叶栅空气动力学国家级重点实验室

高超声速飞行器向着速域更宽、空域更广、更加实用化的方向发展，宽速域气动布局设计与优化是此类飞行器工程研制亟待突破的瓶颈问题之一。回顾了美国政府部门及其国内航空航天公司21世纪以来发布的代表性高超声速飞机及空天飞机概念方... 详细信息

高超声速飞行器向着速域更宽、空域更广、更加实用化的方向发展，宽速域气动布局设计与优化是此类飞行器工程研制亟待突破的瓶颈问题之一。回顾了美国政府部门及其国内航空航天公司21世纪以来发布的代表性高超声速飞机及空天飞机概念方案，分析了高超声速飞行器气动布局演化规律及其设计理念的变化。从乘波体宽速域扩展设计、宽速域布局气动优化设计、宽速域变体布局设计三个方面综述了高超声速飞行器气动布局设计与优化领域的研究进展。分析了宽速域气动布局设计存在的技术难点与挑战，并对宽速域气动布局设计与优化后续研究方向进行了展望。

关键词：宽速域高超声速气动布局气动优化乘波体

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重构谐波平衡法及其求解复杂非线性问题应用

力学学报 2024年第1期56卷 212-224页

作者：代洪华王其偲严子朴岳晓奎西北工业大学航天学院西安710072 航天飞行动力学技术国家级重点实验室西安710072

谐波平衡法是求解非线性动力学系统周期解的最常用方法,但对非线性项进行高阶近似需要庞杂的公式推导,限制了该方法的超高精度解算.通过对频域非线性量的时域等价重构,提出了重构谐波平衡法(RHB法),解决了经典谐波平衡法超高阶次计算难... 详细信息

谐波平衡法是求解非线性动力学系统周期解的最常用方法,但对非线性项进行高阶近似需要庞杂的公式推导,限制了该方法的超高精度解算.通过对频域非线性量的时域等价重构,提出了重构谐波平衡法(RHB法),解决了经典谐波平衡法超高阶次计算难题.然而,上述两种方法均要求动力学系统为多项式型非线性,且无法直接用来求解非线性系统的拟周期解.针对上述问题,文章提出一种将RHB法和复杂非线性系统等价重铸法相结合的计算方法,首先将一般非线性问题无损重铸为多项式型非线性系统,然后用RHB法进行高精度求解;针对拟周期响应求解问题,提出基于“补频”思想的RHB方法,通过基频的优化筛选,实现拟周期响应的快速精准捕捉.选取非线性单摆、相对论谐振子和非线性耦合非对称摆等典型系统进行仿真计算,仿真结果表明,所提出的RHB-重铸法在解非多项式型非线性系统的稳态响应时精度保持为10^(-12)量级,达计算机精度,远超现有方法水平.补频RHB法则实现了对拟周期问题的高效解算,拓宽了方法对真实物理响应的求解范围.

关键词：非多项式型非线性系统重构谐波平衡法微分方程重铸非线性单摆拟周期响应