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自适应循环发动机快速推力变化过渡过程性能初步研究

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推进技术 2024年第6期45卷 21-31页

作者：蒋勇睿徐义皓张纪元董学智郑俊超陈敏清华大学航空发动机研究院北京100084 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

自适应循环发动机是基于变循环发动机设计理念基础并充分考虑飞发一体化设计、热管理等综合性能的面向未来飞行平台的先进动力装置,可通过诸多可调机构实现发动机涵道比、增压比、流量以及工作模式的灵活改变,从而适应不同飞行任务的复... 详细信息

自适应循环发动机是基于变循环发动机设计理念基础并充分考虑飞发一体化设计、热管理等综合性能的面向未来飞行平台的先进动力装置,可通过诸多可调机构实现发动机涵道比、增压比、流量以及工作模式的灵活改变,从而适应不同飞行任务的复杂任务剖面需求,获得更大飞行包线内的性能优化。本文基于自适应循环发动机的性能计算仿真模型,在相关研究基础上结合模式转换和加减速过程实现快速推力变化过程,根据模式转换与加减速控制规律设计,开展典型算例下的快速推力变化过渡过程性能分析并验证其控制规律设计方法可行性,在亚声速巡航工况下,发动机在以M3模式叶尖风扇最小角度状态下,低压转子相对物理转速从0.6加速至1.0,最大可使终止推力增大32.4%,相较于单一模式加减速过渡过程,推力变化范围更宽,加速时间更短,转速变化范围更小。

关键词：自适应循环发动机过渡态快速推力变化控制规律模式转换

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航空煤油多液滴蒸发特性实验

清华大学学报（自然科学版） 2024年第1期64卷 63-74页

作者：王方韩琪炜李典望金捷北京航空航天大学能源与动力工程学院北京100191 北京航空航天大学江西研究院南昌330096 北航成都航空动力创新研究院成都611930

燃烧室中燃料经喷油嘴或甩油盘等装置破碎、雾化成含有密集微小液滴的液滴群,液滴群在燃烧室的高温对流环境中先蒸发,而后与高压空气混合燃烧。该文开展了多液滴蒸发实验,旨在解决以往研究中以单液滴蒸发代替实际工况中液滴群蒸发产生... 详细信息

燃烧室中燃料经喷油嘴或甩油盘等装置破碎、雾化成含有密集微小液滴的液滴群,液滴群在燃烧室的高温对流环境中先蒸发,而后与高压空气混合燃烧。该文开展了多液滴蒸发实验,旨在解决以往研究中以单液滴蒸发代替实际工况中液滴群蒸发产生的忽略液滴间相互作用的问题,为多液滴蒸发数值模拟理论提供实验数据支撑。该研究使用高速摄影机拍摄石英纤维悬挂的航空煤油液滴在高温400、500和600℃静止工况下蒸发的过程,并处理特定帧数的图片得到液滴蒸发特性曲线;多液滴蒸发实验中选择的液滴间距范围为1~4倍液滴直径。结果表明:多液滴的平均蒸发速率随着液滴间距的增大而增大,最终趋近于单液滴的平均蒸发速率,且近似成指数规律;液滴间距超过临界间距时,双液滴可看作2个独立的单液滴,此时的平均蒸发速率与单液滴平均蒸发速率基本没有区别;当2个液滴足够接近时,双液滴的平均蒸发速率降到单液滴的80%~90%。随着温度升高,液滴之间的影响距离会增大。该文得到了双液滴和三液滴蒸发的实验数据,以及双液滴关于液滴间距和温度的经验公式,实验结果与理论分析结论相吻合,为多液滴蒸发模型提供了实验数据支撑和理论创新依据。

关键词：航空煤油双液滴蒸发特性落滴法可变液滴间距

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空地网联集群协同模式识别方法

北京航空航天大学学报 2024年

作者：曲桂娴周建山司杨刘晓静袁奇雨马清琳天目山实验室北京航空航天大学交通科学与工程学院北京航空航天大学能源与动力工程学院北京物资学院物流学院北京航空航天大学航空发动机研究院北京航空航天大学未来航空发动机协同设计中心

空地网联集群在智慧城市、智慧农林、智慧交通等国民经济生产领域具有巨大的应用潜力，同时在战场态势感知、空地协同打击等军事领域展现出极大的应用价值。本文面向空地网联集群准确感知与识别复杂环境目标的需求，建立了基于模式分类... 详细信息

空地网联集群在智慧城市、智慧农林、智慧交通等国民经济生产领域具有巨大的应用潜力，同时在战场态势感知、空地协同打击等军事领域展现出极大的应用价值。本文面向空地网联集群准确感知与识别复杂环境目标的需求，建立了基于模式分类概率的全局似然函数最小化模型，提出了空地网联集群的分布式学习与自适应信息融合算法，该算法包括基于梯度下降的信息扩散和基于自适应加权的信息融合两个主要步骤，形成了空地协同的模式识别方法。此外，推导出了空地网联集群协同模式识别算法的平均误差递归方程，理论证明了算法的误差收敛性。通过建立空地网联集群网络信息交互拓扑模型，利用雷达实测数据集进行仿真测试。仿真结果表明，集群分布式融合算法对信息估计的平均均方偏差和系统误差可有效逼近理论最优水平。当节点数由10上升至40时，集群分布式融合算法的平均均方偏差由-48.70 dB下降至-53.96 dB，系统误差由-27.42 dB下降至-30.22 dB，接近于误差的理论值。对比实验表明本文算法较传统方法具有良好的精度，可有力支撑空地网联集群对复杂环境目标的感知与识别。

关键词：空地网联集群协同模式识别信息交互拓扑模型分布式融合算法雷达实测数据

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柱坐标系强守恒型动量方程离散方法研究

工程热物理学报 2024年第4期45卷 1049-1054页

作者：石国赟陈宇杰朱剑琴李海旺宇波北京石油化工学院机械工程学院北京102617 北京市安全生产工程技术研究院北京102617 北京航空航天大学航空发动机研究院北京102617 北京航空航天大学能源与动力工程学院北京102617

柱坐标系中,为了便于统一形式和编程实施方便,学者们对动量方程形式进行了多种变换,导致其守恒性质不明或有待进一步定量验证。针对这一问题,本文根据柱坐标系基向量关系推导了张量形式强守恒型方程的分量形式,并基于AUSM格式给出了对... 详细信息

柱坐标系中,为了便于统一形式和编程实施方便,学者们对动量方程形式进行了多种变换,导致其守恒性质不明或有待进一步定量验证。针对这一问题,本文根据柱坐标系基向量关系推导了张量形式强守恒型方程的分量形式,并基于AUSM格式给出了对应的离散过程和离散结果。通过激波和均匀流动问题求解验证表明,本文所推导的动量方程在任意网格下均可严格满足守恒性,而将部分项放入源项处理则导致守恒性无法满足,需要大量网格才能保证计算结果的可靠性。本文研究内容可为强守恒型动量方程的应用提供参考。

关键词： N-S方程守恒性柱坐标数值模拟

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尺寸效应对跨音速转子特性影响及机理

航空动力学报 2024年

作者：龚天宇袁巍北京航空航天大学能源与动力工程学院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

J级重型燃气轮机(进口设计流量约1000kg/s)的首级压气机直径可达3米，难以开展全尺寸几何模型试验，基于相似原理开展缩尺研究是一种经济且简便可行的方法。本项工作基于数值方法开展尺寸效应对小/大模型性能及损失影响的对比研究，分... 详细信息

J级重型燃气轮机(进口设计流量约1000kg/s)的首级压气机直径可达3米，难以开展全尺寸几何模型试验，基于相似原理开展缩尺研究是一种经济且简便可行的方法。本项工作基于数值方法开展尺寸效应对小/大模型性能及损失影响的对比研究，分析尺寸效应对小/大模型损失影响机制。性能分析结果表明：气动相似的大模型等熵效率明显高于缩比模型，而Casey等提出的气动效率修正模型偏差不超过0.5%。机理分析表明：在叶尖强激波诱导的泄漏涡破碎区域，二次流主导，大模型损失强于小模型；而其它区域则以基元损失为主，边界层和尾迹掺混损失小模型损失更强；但综合损失仍然是小模型更大。因此影响小/大模型等熵效率的差异主要来源于基元边界层和尾迹掺混损失，而叶尖二次流损失造成的差异并不起决定性作用。这项工作致力于给工业重型燃气轮机设计初期提供参考。

关键词：尺寸效应重型燃气轮机跨音速转子气动特性气动效率预测模型损失机理

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非均匀来流下的液体射流初始破碎特征分析

航空动力学报 2024年

作者：何浩吉张通宇郭志辉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航空航天大学能源与动力工程学院

实验研究了液体射流喷射到速度为线性分布的横向来流中的初始破碎特征，通过高速相机结合背光法对射流破碎模式、柱破碎点、射流表面波和表面速度等破碎特性进行提取和分析，并对射流的变形和穿透规律进行了描述。在常压、320K环境中，... 详细信息

实验研究了液体射流喷射到速度为线性分布的横向来流中的初始破碎特征，通过高速相机结合背光法对射流破碎模式、柱破碎点、射流表面波和表面速度等破碎特性进行提取和分析，并对射流的变形和穿透规律进行了描述。在常压、320K环境中，针对5种不均匀度来流速度分布，选取平均射流动量比q=20-80、平均气流韦伯数■=5.6-40工况进行实验。结果表明，正梯度来流延迟了初始破碎的发生，负梯度来流使得初始破碎提前；来流的速度分布使射流的变形、穿透及表面波都变得复杂；来流不均匀性同样提前或延迟了柱破碎点位置。唯象分析可以有效地解释和关联非均匀来流下的液体射流初级破裂特性的测量结果，并提出了适应本实验条件下的射流变形和柱破碎高度的预测表达式。

关键词：液体射流气体横向射流非均匀流初始破碎平均韦伯数

基于瞬态流-热-机械网络的涡轴发动机轴断裂超转仿真

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航空动力学报 2024年

作者：马清琳丁水汀邱天綦蕾刘传凯甘宸宇鲍圣宇王鑫铭北京航空航天大学能源与动力工程学院北京航空航天大学航空发动机研究院中国民航大学安全科学与工程学院

为了满足适航规章中的转子完整性要求，获得航空发动机的转子在轴断裂失效条件下的超转规律，提出了将发动机模化为瞬态流-热-机械网络的建模方法。在此基础上，对涡轴发动机在地面起飞状态下发生轴断裂失效后转子超转过程进行了瞬态仿... 详细信息

为了满足适航规章中的转子完整性要求，获得航空发动机的转子在轴断裂失效条件下的超转规律，提出了将发动机模化为瞬态流-热-机械网络的建模方法。在此基础上，对涡轴发动机在地面起飞状态下发生轴断裂失效后转子超转过程进行了瞬态仿真分析，获取了转子超转的规律和机理。分析过程中考虑了轴失效位置、控制系统和超转保护装置的影响。结果表明，相较于附件系统功率提取轴和燃气发生器轴断裂，动力涡轮轴断裂可使转子达到更为严苛的超转状态；动力涡轮级间连接轴失效条件下，动力输出轴转速下降会使控制系统提高燃油供给；可以采用叶片脱落等超转保护装置限制转子持续加速。

关键词：航空发动机适航转子完整性轴断裂超转保护网络模型瞬态仿真

双旋流气动雾化喷嘴近场区初始雾化特征实验研究

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航空动力学报 2024年

作者：程泽宇谢宇郭志辉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防重点实验室

利用背光高速阴影法结合液膜跟踪识别程序对双旋流气动雾化喷嘴出口处的液膜失稳、破碎过程进行了全时序的研究。基于唯像描述对液膜破碎过程进行了分析，总结了旋流作用下液膜的偏转、周向转动、径向拍振以及自旋的特性。基于破碎过程... 详细信息

利用背光高速阴影法结合液膜跟踪识别程序对双旋流气动雾化喷嘴出口处的液膜失稳、破碎过程进行了全时序的研究。基于唯像描述对液膜破碎过程进行了分析，总结了旋流作用下液膜的偏转、周向转动、径向拍振以及自旋的特性。基于破碎过程中液体形态随时间的演化特征总结出三种双旋流作用下的典型液膜破碎模式：液袋破碎、液丝破碎及复合破碎模式。结合实验统计数据与高速图像进行定量分析发现：液丝平均长度LLig受工况参数影响明显，气流压降Δpg较液体流量m˙l对其影响更大，进一步通过实验数据拟合出其与Wel、Rel间的经验公式。提出利用液体聚集特征长度偏差量C度量破碎模式出现的概率。研究发现，Δpg对偏差量C影响较大且呈现随压降增加而减小的规律，表明Δpg主导了液膜破碎模式的变化而m˙l对C影响较小，不影响破碎模式转变。

关键词：双旋流气动雾化喷嘴初始雾化液膜破碎破碎特征量液膜跟踪识别

不同喷雾工质下微型燃气轮机压气机的湿压缩特性研究

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推进技术 2024年

作者：曾维李星剑徐嘉沛李育隆杨正南北京航空航天大学能源与动力工程学院北京航空航天大学航空发动机气动热国防科技重点实验室

改善微型燃气轮机性能是国内外学者关注的热点问题。湿压缩技术通过向压气机内喷入冷却剂，利用液滴蒸发吸热降低压气机功耗，是提高微燃机性能的有效手段。本文针对微型燃气轮机湿压缩过程，以NASA CC3离心压缩机作为研究对象，利用CF... 详细信息

改善微型燃气轮机性能是国内外学者关注的热点问题。湿压缩技术通过向压气机内喷入冷却剂，利用液滴蒸发吸热降低压气机功耗，是提高微燃机性能的有效手段。本文针对微型燃气轮机湿压缩过程，以NASA CC3离心压缩机作为研究对象，利用CFX软件，选择拉格朗日颗粒追踪模型和k-ε湍流模型对压气机湿压缩过程进行数值模拟，研究以水和异辛烷为不同喷雾工质的条件下，湿压缩对压气机的压缩性能及流场的影响。结果表明，异辛烷和液态水湿压缩都能增大压气机流量，减少单位工质耗功，但不同液滴的蒸发特性导致湿压缩效果有所不同；异辛烷和液态水两种喷雾工质在湿压缩过程中内部流场分布基本一致；液滴直径小于20 μm时，液态水湿压缩效果更好，当液滴直径大于20 μm时，异辛烷湿压缩在增大主流流量和气流的冷却效果上显现出优势。

关键词：微型燃气轮机湿压缩喷雾工质压缩特性传热传质