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水下航行体首部边界层转捩噪声源定位研究

实验流体力学 2024年第2期38卷 52-58页

作者：徐琛李晓东柏宝红黄红波刘建华北京航空航天大学航空发动机研究院北京100191 中国航发商用航空发动机有限责任公司上海201108 北京航空航天大学能源与动力工程学院北京100191 中国商飞北京民用飞机技术研究中心北京102211 中国船舶科学研究中心深海技术科学太湖实验室无锡214082

为研究水下航行体首部边界层转捩区的噪声特性及声源位置,本文采用缩比SUBOFF模型在高速水洞中开展了试验研究。水洞试验段来流速度为3~7 m/s,基于模型长度的雷诺数为10^(7)量级,首部表面布置14支脉动压力传感器,测量了首部层流边界层... 详细信息

为研究水下航行体首部边界层转捩区的噪声特性及声源位置,本文采用缩比SUBOFF模型在高速水洞中开展了试验研究。水洞试验段来流速度为3~7 m/s,基于模型长度的雷诺数为10^(7)量级,首部表面布置14支脉动压力传感器,测量了首部层流边界层、转捩和湍流边界层的脉动压力场。为定位声源位置,采用传声器阵列进行了水下航行体首部主要噪声源的三维声源定位,定位方法为基于小波变换的函数波束形成方法。试验结果表明:随着来流速度增大,首部边界层转捩起始位置不断向前移动,同时脉动压力频谱中的中频分量显著增加。声源定位结果表明:水下航行体首部主要噪声源呈三维环形分布,且声源所在流向位置与边界层转捩区位置基本重合,表明边界层转捩区是水下航行体首部的主要噪声源。

关键词：水下航行体边界层转捩水动力噪声导流罩自噪声三维声源定位噪声源

基于压电纤维复合材料半主动干摩擦阻尼器的设计与实验研究

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推进技术 2024年第10期45卷 227-235页

作者：范雨陈杰波吴亚光李琳北京航空航天大学能源与动力工程学院北京100191 北京市航空发动机结构强度重点实验室北京100191 北京电子工程总体研究所北京100854 北京航空航天大学中法国通学院北京100191

针对薄壁结构的振动问题,设计了一种铺设压电纤维复合材料(Macro-Fiber Composite,MFC)的波纹形柔性干摩擦阻尼器。介绍了波纹形半主动干摩擦阻尼器的结构形式和驱动原理。通过准静态试验探究了阻尼器在不同电压序列下输入电压与输出正... 详细信息

针对薄壁结构的振动问题,设计了一种铺设压电纤维复合材料(Macro-Fiber Composite,MFC)的波纹形柔性干摩擦阻尼器。介绍了波纹形半主动干摩擦阻尼器的结构形式和驱动原理。通过准静态试验探究了阻尼器在不同电压序列下输入电压与输出正压力的关系,揭示了MFC驱动变形的迟滞非线性,并据此提出了局部线性化的驱动方案,规避了迟滞非线性给正压力控制带来的挑战。在此基础上,对安装上述阻尼器的悬臂梁结构开展了振动试验。结果表明,在设计工况下该阻尼器的减振效果良好,质量占比仅为5%的阻尼器即可使振动峰值下降79%;该半主动干摩擦阻尼器显著拓宽了有效工作范围,当振动水平为设计工况的9倍时,通过MFC驱动调控正压力,减振比例仍可保持在约75%,避免了阻尼效果的大幅衰减。

关键词：薄壁结构半主动振动控制干摩擦阻尼器压电纤维复合材料机电耦合

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硅基固态电池的界面失效挑战与应对策略

储能科学与技术 2024年

作者：王钦张艳岗梁君飞王华中北大学能源与动力工程学院北京航空航天大学化学学院

硅基材料因其较高的理论比容量被认为是固态电池中最有前景的负极材料之一。然而，在充放电过程中，硅基电极材料和固态电解质容易发生界面失效，破坏了界面处的离子电子传输通路、引起电池内部阻抗增加以及电流密度分布不均匀，最终造... 详细信息

硅基材料因其较高的理论比容量被认为是固态电池中最有前景的负极材料之一。然而，在充放电过程中，硅基电极材料和固态电解质容易发生界面失效，破坏了界面处的离子电子传输通路、引起电池内部阻抗增加以及电流密度分布不均匀，最终造成电池容量和循环寿命的衰减，这是设计高比能和长循环硅基固态电池时面临的挑战之一。本文首先从硅基材料的晶体结构、临界直径和电化学烧结方面阐述了界面失效的原因，并介绍了嵌锂数量对纯硅材料电子电导率、离子扩散系数、杨氏模量性能的影响。随后总结了应对固态电池中电极和电解质界面失效问题的多种方案，包括粘结剂、缓冲层的应用、电极材料结构设计以及电极材料和电解质的粒径匹配。此外，文章还强调了循环过程中施加相等且恒定的堆叠压力对电池性能的潜在影响。本文旨在阐明固态电池中硅基材料与电解质界面失效导致的电池容量衰减以及循环寿命下降的科学挑战，并从硅基材料设计、电极材料制备、电极材料和电解质匹配等方面提出了解决这些挑战的策略，为该领域的进一步发展指明了方向。

关键词：硅基固态电池界面失效应力错配堆叠压力

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美国自适应循环发动机的发展历程

推进技术 2024年第6期45卷 1-20页

作者：郝旺刘永泉王占学张晓博李大为西北工业大学动力与能源学院陕西省航空发动机内流动力学重点实验室陕西西安710129 中国航发沈阳发动机研究所辽宁沈阳110015 先进航空发动机协同创新中心北京100191 厦门大学航空航天学院福建厦门361102

自适应循环发动机以其高效的涵道比调节能力和良好的流量保持能力,成为下一代战斗机和未来超声速客机的理想动力装置。鉴于美国在自适应循环发动机领域长期保持领先地位,本文将美国自适应循环发动机的发展历程分为4个阶段,叙述了美国一... 详细信息

自适应循环发动机以其高效的涵道比调节能力和良好的流量保持能力,成为下一代战斗机和未来超声速客机的理想动力装置。鉴于美国在自适应循环发动机领域长期保持领先地位,本文将美国自适应循环发动机的发展历程分为4个阶段,叙述了美国一系列军/民用研究计划下自适应循环发动机的发展历程、技术关联和结构特点,梳理出自适应循环发动机的基本结构形式,总结了总体性能设计、进气道/发动机匹配、低排放、低噪声、先进材料和增材制造等自适应循环发动机的关键技术及发展历程,从而为我国自适应循环发动机的发展提供一定的参考。

关键词：自适应循环发动机发展历程结构特点关键技术综述

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跨声速叶栅尾缘激波对层板冷却的影响研究

推进技术 2024年第6期45卷 177-189页

作者：张卓王春华刘一帆张靖周张树林王东南京航空航天大学能源与动力学院江苏省航空动力系统重点实验室江苏南京210016 先进航空发动机协同创新中心北京100191 沈阳航燃科技有限公司辽宁沈阳110000

采用数值模拟与实验验证相结合的方法针对跨声速叶栅尾缘激波影响下叶片吸力面侧层板冷却结构内外耦合流动传热特性展开研究,获得了来流热力参数和主要结构参数对层板冷却效率及压力损失等的影响规律。研究结果表明:斜激波入射形成的逆... 详细信息

采用数值模拟与实验验证相结合的方法针对跨声速叶栅尾缘激波影响下叶片吸力面侧层板冷却结构内外耦合流动传热特性展开研究,获得了来流热力参数和主要结构参数对层板冷却效率及压力损失等的影响规律。研究结果表明:斜激波入射形成的逆压梯度易使得吸力面边界层流动分离;冷却气射流的引入对流动分离有抑制效果,但局部的分离也使层板热侧表面形成局部热斑,冷却效率发生突降(本研究范围内降幅达27.83%);吹风比增大可明显提高冷却效率,但相对压力损失也随之增大;压比由1.89增大到3.67时,叶栅通道内激波作用位置后移,平均冷效提升40.98%,对冷却性能起改善作用。随着气膜孔直径的增大,冷却效果逐渐提升,相对压力损失逐渐增大;冲击孔直径的增大削弱了综合冷却效果,相对压力损失有所下降;在本研究范围内,改变扰流柱直径与高度则对流动换热规律则影响较小。

关键词：跨声速叶栅激波层板冷却冷却效率相对压力损失

基于声发射技术的T800碳纤维复合材料拉伸失效机制分析

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固体火箭技术 2024年第3期47卷 411-420页

作者：董少静李凯丁文辉王立强申秀丽北京航空航天大学能源与动力工程学院北京100191 航天动力技术研究院西安710025 西安航天动力技术研究所西安710025

为揭示固体火箭发动机碳纤维缠绕复合材料壳体多载荷工况下的失效机理,开展了单向T800碳纤维复合材料试件不同偏轴角度下的拉伸实验。利用声发射(AE)无损测试技术获得了试件完整波形信号,结合Pearson相关系数选取了AE信号的特征参数,通... 详细信息

为揭示固体火箭发动机碳纤维缠绕复合材料壳体多载荷工况下的失效机理,开展了单向T800碳纤维复合材料试件不同偏轴角度下的拉伸实验。利用声发射(AE)无损测试技术获得了试件完整波形信号,结合Pearson相关系数选取了AE信号的特征参数,通过K-means聚类算法对AE信号进行了聚类分析,同时结合扫描电镜(SEM)拍摄的微观断口形貌将不同的损伤机制与声发射聚类组对应。进一步利用代表性体积单元并结合渐进损伤方法,实现了单向复合材料损伤过程的数值模拟。分析结果表明,AE信号的峰值频率与幅值两类参数的相关系数低于0.2。采用二者对AE信号进行聚类分析,同时结合数值仿真获得的应力-应变曲线,发现纤维断裂峰值频率最高,基体开裂峰值频率居中,界面脱粘峰值频率最低,试件宏观破坏时的AE信号幅值最高。

关键词：碳纤维复合材料固体火箭发动机纤维缠绕壳体声发射偏轴拉伸聚类分析渐进损伤

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模型燃烧室中值班火焰的燃烧不稳定性分析

北京航空航天大学学报 2024年第3期50卷 951-961页

作者：李明婧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北京100191

针对模型燃烧室中值班火焰的燃烧不稳定性问题,实验测量燃烧室内多点动态压力和火焰图像,利用快速傅里叶分析、本征正交分解(POD)等方法进行分析。结果表明:随着当量比增大,值班火焰的稳定性发生2次分岔现象,相应的不稳定模态分别对应... 详细信息

针对模型燃烧室中值班火焰的燃烧不稳定性问题,实验测量燃烧室内多点动态压力和火焰图像,利用快速傅里叶分析、本征正交分解(POD)等方法进行分析。结果表明:随着当量比增大,值班火焰的稳定性发生2次分岔现象,相应的不稳定模态分别对应系统的3阶、2阶本征纵向声学模态,均发生极限环振荡。POD结果表明:涡声频率锁定,发生在燃烧室纵向声学模态频率处,燃烧室内发生声-涡-火焰耦合的不稳定过程。而伴随着当量比提高,一方面,大尺度旋涡脱落改变火焰面积引发强烈放热振荡,声能产生增大;另一方面,两分支火焰张角不断增大,火焰位置主要波动方向与主要声学波动沿同一轴线。两方面作用下热声耦合更加容易,热释放脉动与压力脉动耦合的相位角减小,进而发生模态转换。

关键词：燃烧不稳定性值班火焰热声耦合涡声锁定火焰动力学

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3级旋流器各级气量变化对燃烧性能的影响

航空发动机 2024年第2期50卷 65-76页

作者：王多李锋赵凯北京航空航天大学能源与动力工程学院北京102206 空军航空大学航空作战勤务学院长春130022

为了探究中心分级燃烧室各级旋流器叶片数量与相应旋流气量变化对燃烧室性能的影响,基于高推重比和高温升的技术需求,对设计模型进行了除旋流器外分块结构化网格划分,并在ICEM软件中实现混合网格周期性边界条件设置,进行3维数值模拟。... 详细信息

为了探究中心分级燃烧室各级旋流器叶片数量与相应旋流气量变化对燃烧室性能的影响,基于高推重比和高温升的技术需求,对设计模型进行了除旋流器外分块结构化网格划分,并在ICEM软件中实现混合网格周期性边界条件设置,进行3维数值模拟。结果表明:确定最优方案的3级旋流器叶片数量分别为8、10和15。中心分级燃烧室每级旋流器流通气量随其相应旋流器叶片数量改变呈负相关变化关系;设计油气比为0.045时,中心分级燃烧室最优方案即基准型方案的温升可达1300 K,出口温度分布系数OTDF达到0.13,在性能所要求的0.10~0.15之间,出口径向温度分布系数RTDF达到0.081,在性能所要求的0.08~0.12之间;中心分级燃烧室出口截面OTDF值随火焰筒头部每级旋流器的叶片数量或旋流气量的变化关系是“V”形,RTDF值随头部每级旋流器的叶片数量或旋流气量的变化关系是类“V”形。

关键词：超高温升燃烧室中心分级燃烧室旋流器燃烧性能叶片数量旋流气量出口温度分布

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航空发动机精锻叶片榫头加工夹具设计

中国机械工程 2024年

作者：张申梁嘉炜吴动波王辉赵兵许立君周奋青海大学机械工程学院清华大学机械工程系清华大学航空发动机研究院北京航空航天大学航空发动机研究院中国航发动力股份有限公司

航空发动机精锻叶片是典型的复杂曲面薄壁零件，在对叶片榫头进行铣削加工时，定位困难且极易产生变形和振动。针对上述问题，提出精锻叶片多点夹紧的夹具设计方法，并设计了一种低应力硬装夹工装夹具。首先，利用静力学分析对装夹位置... 详细信息

航空发动机精锻叶片是典型的复杂曲面薄壁零件，在对叶片榫头进行铣削加工时，定位困难且极易产生变形和振动。针对上述问题，提出精锻叶片多点夹紧的夹具设计方法，并设计了一种低应力硬装夹工装夹具。首先，利用静力学分析对装夹位置进行优化；其次，利用静力学分析对仿形元件材料进行选取，对装夹方式进行优化；最后，通过模态测试试验和振动测试试验测试夹具效果。试验结果表明，采用仿形元件后，系统的低频段幅值降低了50%，高频段幅值降低了75%，一阶共振频率由210Hz提高至402Hz，峰值下阻尼比由17.4%提升至25.9%，振动位移信号有效值降低了35%，加工误差范围降低了59%。

关键词：航空发动机叶片夹具有限元装夹方案模态测试