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平板式预膜喷嘴雾化特性

航空动力学报 2024年第7期39卷 161-168页

作者：刘凯李宗禹曾文王方沈阳航空航天大学航空发动机学院沈阳110136 北京航空航天大学能源与动力工程学院北京100191

试验研究了韦伯数、气液动量比对预膜喷嘴雾化特性的影响.应用高速相机正面拍摄获得油膜表面波动形态,并用本征正交分解法分析了油膜波动频率,利用液相不连续思想获取油膜厚度;应用相位多普勒粒子分析仪获得了油滴索太尔直径.结果表明:... 详细信息

试验研究了韦伯数、气液动量比对预膜喷嘴雾化特性的影响.应用高速相机正面拍摄获得油膜表面波动形态,并用本征正交分解法分析了油膜波动频率,利用液相不连续思想获取油膜厚度;应用相位多普勒粒子分析仪获得了油滴索太尔直径.结果表明:气液动量比对油膜厚度影响较大,韦伯数对油膜波动频率影响较大.气液动量比由0.75增大到30.39,最小油膜厚度由0.38 mm减小到0.15 mm,而雾化粒度仅由38.8 μm减小到33.5μm;韦伯数由11.91增大到61.51,油膜波动频率由2.9 Hz增大到207.0Hz,初始雾化距离明显减小,雾化粒度由37.1 μm减小到24.9 μm.

关键词：预膜喷嘴韦伯数动量比油膜厚度波动频率雾化粒度

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基于机器学习的全覆盖气膜冷却性能预测

中南大学学报（自然科学版） 2024年第6期55卷 2334-2347页

作者：刘一帆王春华张卓张靖周南京航空航天大学能源与动力学院江苏南京210016 先进航空发动机协同创新中心北京100191

以全覆盖气膜冷却结构为研究对象,基于机器学习方法实现了温度场和热应力场的精细化和快速化预测。遴选孔倾斜角、孔复合角以及温比、吹风比为机器学习模型输入,基于拉丁超立方抽样和CFD仿真方法建立机器学习所需的学习样本;针对预测结... 详细信息

以全覆盖气膜冷却结构为研究对象,基于机器学习方法实现了温度场和热应力场的精细化和快速化预测。遴选孔倾斜角、孔复合角以及温比、吹风比为机器学习模型输入,基于拉丁超立方抽样和CFD仿真方法建立机器学习所需的学习样本;针对预测结构划分独立的机器学习网格节点(其网格数量远小于CFD网格数量),并在每个节点上独立建立多层感知器神经网络模型直接预测该节点的温度/热应力;针对模型输入和输出参数之间的数值关联进行分析。研究结果表明:该模型用于预测固体域温度的均方差为41.21 K^(2),平均绝对百分比误差为0.86%;预测固体域热应力的均方差为38.51 MPa^(2),平均绝对百分比误差为0.15%。壁温随着复合角、吹风比、温比的增加而降低,随着孔倾斜角的增加而增大;热应力与壁温的变化趋势一致。所提出的数据压缩和预测策略针对每个网格节点独立建模,避免将节点坐标作为模型输入,提高了建模效率。

关键词：航空燃气涡轮气膜冷却机器学习神经网络

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航空发动机涡轮榫接结构虚拟试验技术

航空动力学报 2024年第9期39卷 76-83页

作者：黄宏扬胡殿印赵炎陈高翔鄢林潘锦超北京航空航天大学航空发动机研究院北京100191 北京航空航天大学航空发动机结构强度北京市重点实验室北京100191 中小型航空发动机联合研究中心北京100191 北京航空航天大学能源与动力工程学院北京100191

为解决航空发动机涡轮榫接结构疲劳试验成本高、周期长,且试验过程状态难以实时监控等问题,开展了涡轮榫接结构疲劳的虚拟试验技术研究。通过涡轮榫接结构模拟件的疲劳试验获取载荷-位移数据,构建NARX(nonlinear auto regressive model ... 详细信息

为解决航空发动机涡轮榫接结构疲劳试验成本高、周期长,且试验过程状态难以实时监控等问题,开展了涡轮榫接结构疲劳的虚拟试验技术研究。通过涡轮榫接结构模拟件的疲劳试验获取载荷-位移数据,构建NARX(nonlinear auto regressive model with exogenous inputs)神经网络模型,开展位移初步预测;在此基础上采用Kalman滤波引入实测数据对预测状态进行修正,实现疲劳虚拟试验位移的实时预测和更新且预测误差均小于5%;最后,基于3D MAX和Unity 3D平台,构建高度保真的涡轮榫接结构数字模型和虚拟环境,实现涡轮榫接结构疲劳虚拟试验过程的直观展示以及数据可视化。

关键词：涡轮榫接虚拟试验神经网络 Kalman滤波可视化

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考虑微观组织演化的DD6单晶高温合金蠕变剩余寿命预测

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航空动力学报 2024年第9期39卷 106-112页

作者：尤文超王荣桥胡殿印赵炎潘锦超张斌陈校生北京航空航天大学能源与动力工程学院北京100191 中小型航空发动机联合研究中心北京100191 北京航空航天大学航空发动机结构强度北京市重点实验室北京100191 北京航空航天大学航空发动机研究院北京100191

以DD6单晶高温合金为研究对象,通过描述微观组织演化现象分析材料位错运动硬化机制,建立考虑微观组织演化的多尺度蠕变本构模型;并通过表征蠕变损伤状态,提出考虑蠕变损伤的材料蠕变剩余寿命预测方法。试验结果表明:该蠕变模型比θ映射... 详细信息

以DD6单晶高温合金为研究对象,通过描述微观组织演化现象分析材料位错运动硬化机制,建立考虑微观组织演化的多尺度蠕变本构模型;并通过表征蠕变损伤状态,提出考虑蠕变损伤的材料蠕变剩余寿命预测方法。试验结果表明:该蠕变模型比θ映射模型模拟精度提高了57.6%,模型参数比K-R损伤模型减少了1/3;基于蠕变剩余寿命模型的预测结果的平均预测误差为5.59%,说明模型的有效性。

关键词： DD6单晶高温合金蠕变本构模型微观组织演化剩余寿命

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基于绿色能源的分布式混合电推进系统性能分析

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推进技术 2024年第3期45卷 101-110页

作者：陶智余明星李海旺谢刚李雅男北京航空航天大学航空发动机研究院北京102206 北京航空航天大学能源与动力工程学院北京102206 北京航空航天大学飞行学院北京102206

基于绿色能源的电推进飞行器是是航空运输业实现碳中和的重要技术途径。本文旨在利用理论分析和数值计算的手段,研究基于绿色能源的分布式混合电推进系统的性能,重点关注锂电池和固体氧化物燃料电池(SOFC)在航程和载荷方面的影响。本研... 详细信息

基于绿色能源的电推进飞行器是是航空运输业实现碳中和的重要技术途径。本文旨在利用理论分析和数值计算的手段,研究基于绿色能源的分布式混合电推进系统的性能,重点关注锂电池和固体氧化物燃料电池(SOFC)在航程和载荷方面的影响。本研究构建了一个包含多种能源形式的混合电推进系统架构,并基于能量流建立了功率传递模型,推导出综合考虑部件特征参数、能量分配参数、飞行气动参数的电推进系统航程方程和载荷方程。研究结果显示,在航程方面,锂电池的能量分配系数和能量密度对飞机航程有显著影响,特别是在能量密度阈值之上,增加锂电池的能量分配系数对提升航程有正收益。此外,SOFC的能量分配系数和效率的增加也提高了飞机航程,特别是在其高值区域。在载荷方面,上述锂电池和SOFC参数对飞机零燃料质量(MZF)和有效载荷具有重要影响,尤其在高能量密度、高效率和高能量分配系数的情况下飞机的载荷性能改善最佳。参数敏感性分析揭示了升阻比、边界层吸入(BLI)风扇效率、锂电池荷电状态(αsoc)和氢燃料剩余状态(αsoh)对航程的显著影响,其中在以往研究中较少出现的αsoc和αsoh的敏感性分析不容忽视,对其进行更为精确和可靠的状态估计有助于优化航程和载荷的性能表现。

关键词：绿色能源混合电推进分布式电推进边界层吸入风扇能量分配

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涡轮动叶背侧不同叶高处异型孔气膜对比

航空动力学报 2024年第5期39卷 62-70页

作者：王磊李海旺谢刚周志宇北京航空航天大学能源与动力工程学院北京102206 北京航空航天大学航空发动机研究院北京102206 北京航空航天大学航空发动机气动热力国家级重点实验室北京102206

采用数值仿真的方法对比研究了涡轮转子叶片背侧不同叶高位置处的圆柱孔、扇形孔和簸箕孔三种孔型气膜冷却的差异。气膜孔位于吸力面17.8%流向位置,并分别在10%、30%、50%、70%和90%叶高位置各设有一个气膜孔,三种孔型的圆孔段直径均为0... 详细信息

采用数值仿真的方法对比研究了涡轮转子叶片背侧不同叶高位置处的圆柱孔、扇形孔和簸箕孔三种孔型气膜冷却的差异。气膜孔位于吸力面17.8%流向位置,并分别在10%、30%、50%、70%和90%叶高位置各设有一个气膜孔,三种孔型的圆孔段直径均为0.8 mm。研究在600 r/min转速(对应旋转雷诺数为536 000)条件下开展并获得吹风比为0.50、0.75、1.00、1.25和1.50条件下的气膜冷却效率分布。研究结果指出:不同叶高位置处的气膜尾迹受叶根通道涡和叶顶泄漏流的影响呈现不同程度地向中间叶高位置偏转的趋势,因此不同叶高位置处的气膜尾迹内的涡对结构不对称的特征也不同。随着吹风比的增加,出现最大气膜冷却效率的叶高位置逐渐向叶顶方向移动。使用扇形孔和簸箕孔可以削弱冷却射流在气膜孔出口位置的法向动量,提升了气膜的附壁性和气膜冷却效率。

关键词：气膜冷却涡轮动叶吸力面叶高位置异型孔吹风比

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低压涡轮在工作剖面内的多学科耦合仿真

工程热物理学报 2024年第5期45卷 1374-1384页

作者：张云达邹正平姚李超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家级重点实验室北京100191 北京航空航天大学航空发动机研究院北京102206

在涡轮的典型工作剖面内,采用计算流体力学和两种多学科耦合求解方式对某二级低压涡轮部件进行仿真,比较不同求解方式所预测的涡轮气动热力参数之间的差异,分析工作剖面内局部几何的形变规律以及局部形变对流场的影响,结果表明:多学科... 详细信息

在涡轮的典型工作剖面内,采用计算流体力学和两种多学科耦合求解方式对某二级低压涡轮部件进行仿真,比较不同求解方式所预测的涡轮气动热力参数之间的差异,分析工作剖面内局部几何的形变规律以及局部形变对流场的影响,结果表明:多学科耦合作用对低叶高位置叶型负荷分布产生一定的影响,具体影响规律与不同工况密切相关。考虑固体域热传导和形变的多学科耦合求解方式所预测的效率值更高。随着涡轮功率的提升,级间轮缘间歇和封严篦齿间隙的改变会导致更多封严冷气聚集在前腔中,影响盘腔内的流动结构,削弱了燃气入侵现象,实现盘腔内更好的冷却和封严效果。

关键词：多学科耦合低压涡轮工作剖面

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基于双层壁冷却结构的综合冷效数值解耦研究

航空动力学报 2024年第5期39卷 71-79页

作者：刘润洲李海旺由儒全黄毅陶智北京航空航天大学航空发动机研究院北京102206 北京航空航天大学能源与动力工程学院北京102206 北京航空航天大学航空发动机气动热力国家级重点实验室北京102206

采用数值解耦的方法,定量分析了双层壁平板冷却结构的综合冷效与内部冷却、气膜孔内冷却和冷气覆盖之间的关系。吹风比为0.25、0.5、1和1.5。通过研究发现,吹风比对双层壁模型的综合冷效有明显影响。当吹风比由0.25增大到1.5时,综合冷... 详细信息

采用数值解耦的方法,定量分析了双层壁平板冷却结构的综合冷效与内部冷却、气膜孔内冷却和冷气覆盖之间的关系。吹风比为0.25、0.5、1和1.5。通过研究发现,吹风比对双层壁模型的综合冷效有明显影响。当吹风比由0.25增大到1.5时,综合冷效增大57.9%。内部冷却占主导地位的区域主要是冲击气流的驻点区。气膜孔内冷却影响最大的区域为气膜孔出口的上游,而且沿流向孔内冷却的影响逐渐减小。冷气覆盖对综合冷效的影响沿流向逐渐积累,在第3个气膜孔出口附近冷气覆盖的影响最大。而且在冷气覆盖区域的影响要大于在远离气膜孔区域的影响。当吹风比增大至1时,孔内冷却对综合冷效的影响已经超过了冷气覆盖。

关键词：综合冷效气膜冷却内部冷却解耦吹风比平板模型

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涡轮动叶吸力面气膜冷却径向差异对比

航空动力学报 2024年第4期39卷 215-223页

作者：王磊李海旺谢刚周志宇北京航空航天大学能源与动力工程学院北京100191 北京航空航天大学航空发动机研究院北京100191 北京航空航天大学航空发动机气动热力国家级重点实验室北京100191

数值仿真研究了不同吹风比和旋转雷诺数条件下涡轮叶片吸力面不同叶高位置处气膜冷却效率分布的差异。研究涉及5个直径为0.8 mm的圆柱孔,气膜孔处于涡轮叶片吸力面17.8%流向位置处,并分别处于10%、30%、50%、70%和90%叶高位置处。研究在... 详细信息

数值仿真研究了不同吹风比和旋转雷诺数条件下涡轮叶片吸力面不同叶高位置处气膜冷却效率分布的差异。研究涉及5个直径为0.8 mm的圆柱孔,气膜孔处于涡轮叶片吸力面17.8%流向位置处,并分别处于10%、30%、50%、70%和90%叶高位置处。研究在400、600 r/min和800 r/min转速下进行,分别对应旋转雷诺数357000、536000和715000。研究涉及5个吹风比:0.50、0.75、1.00、1.25和1.50。研究结果表明:靠近叶根处的气膜受叶根通道涡影响明显向叶顶方向偏转。不同叶高位置处的气膜冷却效率分布存在明显差异。旋转给冷却射流带来附加离心力和哥氏力的作用,使得吹风比和旋转雷诺数的增加对不同叶高位置的气膜尾迹偏转产生不同影响。旋转雷诺数对不同叶高位置的气膜冷却影响存在差异。

关键词：气膜冷却涡轮动叶吸力面不同叶高位置吹风比旋转雷诺数