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径向可倾瓦轴承静态特性分析

推进技术 2024年第7期45卷 203-218页

作者：韩院涛张大义赵镇瑶梁智超孙赫张靖煊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结构强度北京市重点实验室北京100191 复杂航空系统仿真重点实验室北京100076 中国科学院上海高等研究院上海201210

径向可倾瓦轴承具有承载范围大、耐冲击、稳定性好等优点,广泛应用于大型高速旋转机械。为了选用合适参数的轴承,需要对比分析不同参数轴承的静态特性。本文通过有限差分法求解二维Reynolds方程,建立了详细的径向可倾瓦轴承油膜力求解流... 详细信息

径向可倾瓦轴承具有承载范围大、耐冲击、稳定性好等优点,广泛应用于大型高速旋转机械。为了选用合适参数的轴承,需要对比分析不同参数轴承的静态特性。本文通过有限差分法求解二维Reynolds方程,建立了详细的径向可倾瓦轴承油膜力求解流程,在此基础上获得了轴承的流量、功率损耗、温升等静态特性,进而研究轴承关键参数对静态特性的影响规律。结果表明:可倾瓦轴承的承载力随着偏心率增大非线性增大,主要承载瓦的流量减小,功率损耗和油膜温升增大。宽径比和预负荷系数的增大可以提高轴承的承载力,但功率损耗以及油膜温升也增大;瓦块的支点最好置于瓦块中心位置,以提高承载力;瓦块数量增多可使油膜温升降低,但会降低承载能力。提出了非对称可倾瓦轴承,与对称瓦轴承相比,下瓦包角增大20%的非对称轴承,可使承载力提升31%,油膜温升降低16%。

关键词：径向可倾瓦轴承油膜力静态特性关键参数非对称瓦

基于显式动力学的发动机涡轮组件动态特性仿真与故障分析

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战术导弹技术 2024年第3期 25-31页

作者：陈素荣张家锷于平超蒋科陶玄君张大义北京动力机械研究所北京100074 南京航空航天大学民航学院南京211106 北京航空航天大学能源与动力工程学院北京100191

针对某型发动机高压涡轮叶片断裂导致的低压涡轮组件损伤破坏故障,开展了故障机理研究。在对故障现象进行总结分析的基础上,建立了断裂叶片冲击低压涡轮组件的显式动力学模型,仿真分析了断裂叶片在低压涡轮组件的运动过程、接触特征及... 详细信息

针对某型发动机高压涡轮叶片断裂导致的低压涡轮组件损伤破坏故障,开展了故障机理研究。在对故障现象进行总结分析的基础上,建立了断裂叶片冲击低压涡轮组件的显式动力学模型,仿真分析了断裂叶片在低压涡轮组件的运动过程、接触特征及涡轮叶盘摆动响应。结果表明:高压涡轮断叶飞出后将卡在导向器叶片与涡轮转子间做圆周运动,并与前后各部件发生碰撞接触,这是低压涡轮组件损伤破坏的主要原因;而低压涡轮叶盘在断裂叶片飞入后受其冲击发生摆动,摆动角位移仅有0.005 rad,因而低涡叶片不会与导向器叶片发生碰撞接触造成其损伤。本文分析方法和仿真结果对于类似叶片飞失故障再现具有一定的参考价值。

关键词：叶片飞失显式动力学涡轮组件动态特性故障分析接触特征发动机

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高压涡轮导叶吸力面异型孔的对比研究

风机技术 2024年第3期66卷 8-16页

作者：江艳李海旺陶智周志宇北京航空航天大学航空发动机研究院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

本文研究了高压涡轮导叶吸力面4种类型气膜孔在4组吹风比下的流动和换热特征,采用了数值模拟的方法获得了吸力面研究区域中4种气膜孔的绝热气膜冷却效率η、换热系数比hr/h0和净热通量减少量(NHFR),且分别进行对比分析。结果显示,簸箕... 详细信息

本文研究了高压涡轮导叶吸力面4种类型气膜孔在4组吹风比下的流动和换热特征,采用了数值模拟的方法获得了吸力面研究区域中4种气膜孔的绝热气膜冷却效率η、换热系数比hr/h0和净热通量减少量(NHFR),且分别进行对比分析。结果显示,簸箕孔因同时具有展向扩张角(β)增大冷气展向覆盖面积和流向扩张角(δ)提高射流贴壁性的优势,呈现出最大的绝热气膜冷却效率η和净热通量减少量(NHFR),但同时其增强了换热,使簸箕孔比其它3种气膜孔拥有最大的净热通量减少量(NHFR)的优势相较于其拥有最大的气膜冷效η的优势有所降低。而水滴孔相较于圆柱孔的优势不明显,故展向扩张角对气膜孔流动和换热特征的影响比流向扩张角大。

关键词：气膜冷却效率换热系数净热通量减少量(NHFR) 异型孔吸力面涡轮导叶

涡轮导叶端壁安装间隙泄漏流气动特征数值模拟研究

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推进技术 2024年第10期45卷 56-65页

作者：曾飞甘明瑜宋玉琴张伟昊王宇凡薛君中国航发湖南动力机械研究所湖南株洲412002 南京航空航天大学能源与动力学院江苏南京210016 湖南工业大学理学院湖南株洲412007 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科技重点实验室北京100191

为研究导叶端壁安装间隙泄漏流的影响,本文围绕某双级涡轮开展了数值研究,分析了导叶端壁有无间隙、间隙大小等因素对涡轮流场和性能的影响。结果表明,端壁安装间隙的泄漏流仅在后半段形成,前半段受通道内较大压力的影响形成主流入侵现... 详细信息

为研究导叶端壁安装间隙泄漏流的影响,本文围绕某双级涡轮开展了数值研究,分析了导叶端壁有无间隙、间隙大小等因素对涡轮流场和性能的影响。结果表明,端壁安装间隙的泄漏流仅在后半段形成,前半段受通道内较大压力的影响形成主流入侵现象,主流入侵范围占间隙出口面积的44%以上;随间隙宽度的增大,主流入侵现象呈增强趋势,这必然使得端壁侧面面临极大的热负荷;泄漏流流出后卷起泄漏涡,并引起端区气流欠转,导致下游动叶负荷降低,且影响了动叶通道端区旋涡演化,其带来的涡轮级效率差异为0.41%~1.12%,总功率差异为0.38%~0.82%。

关键词：燃气涡轮端壁安装间隙泄漏流动端区旋涡结构气动性能

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带熔断结构的叶片丢失转子动态响应特性

航空动力学报 2024年

作者：赵镇瑶杨诚张启成李兵张大义北京航空航天大学能源与动力工程学院比亚迪汽车工业有限公司汽车工程研究院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中国人民解放军93147部队

针对带有熔断结构的风扇叶片丢失转子系统，建立了其振动响应快速求解方法。研究了转速、刚度等时变参数对转子振动响应的影响规律，据此阐明了熔断结构的内在减振机理，提出了熔断结构的设计原则。研究结果表明，1#支承熔断可以显著降... 详细信息

针对带有熔断结构的风扇叶片丢失转子系统，建立了其振动响应快速求解方法。研究了转速、刚度等时变参数对转子振动响应的影响规律，据此阐明了熔断结构的内在减振机理，提出了熔断结构的设计原则。研究结果表明，1#支承熔断可以显著降低转子的一阶临界转速，进而降低转子的共振峰值。转速下降速率对完全熔断设计和部分熔断设计转子动力学特性的影响完全不同，设计时需要区分。支承刚度变化时间对转子振动响应的影响较小，设计时可不予考虑。支承刚度下降比位于某一区间时，会导致转子风车运行时接近共振状态，在设计时应该避开此“共振区”。对于完全熔断设计，在风车阶段使支承结构的刚度恢复，有益于提高转子的运行安全性，且刚度恢复时间越短越好。

关键词：熔断结构风扇叶片丢失转子振动响应刚度恢复安全性设计

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水滴形热管阵列预冷器综合换热特性数值研究

推进技术 2024年第7期45卷 182-191页

作者：侯温馨吕元伟张镜洋张靖周王奉明南京航空航天大学能源与动力学院江苏南京210016 南京航空航天大学航天学院江苏南京210016 中国航空发动机研究院北京102206

提出了一种应用于高超声速飞行器进气预冷的水滴形热管阵列预冷器构想,以实现进气预冷的高效换热和低流动损失。基于将热管处理为恒定温度导热体的简化模型假设,采用数值模拟方法研究了水滴形热管预冷器的流动换热特性以及水滴热管形状... 详细信息

提出了一种应用于高超声速飞行器进气预冷的水滴形热管阵列预冷器构想,以实现进气预冷的高效换热和低流动损失。基于将热管处理为恒定温度导热体的简化模型假设,采用数值模拟方法研究了水滴形热管预冷器的流动换热特性以及水滴热管形状、纵向间距和来流马赫数的影响,并与具有相同截面积的圆形热管预冷器进行了对比分析。结果表明,水滴外形减少了外掠高温来流在热管尾缘脱落涡的产生,流动变得平滑。与圆形热管预冷器相比,水滴形热管预冷器极大地减小了高温来流流动损失,仅为圆形热管阵列的30%。虽然温降有所降低,但综合性能因子大于圆形热管预冷器。在本文的研究参数范围内,存在相对较优的水滴形状和热管纵向间距,可以获得更高的综合换热特性;随着来流马赫数增大,预冷器的综合换热特性有所提升。

关键词：高超声速飞行器水滴形热管预冷器温降对流换热系数压力损失系数综合性能因子

非均匀加热下超临界燃油在并联双管中流量分配特性研究

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北京航空航天大学学报 2024年

作者：董昊赵超凡朱剑琴程泽源长光卫星技术股份有限公司北京机电工程总体设计部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天目山实验室

为研究线性非均匀加热下超临界燃油在并联双管中的流量分配特性，本文通过瞬态模拟RP-3流经并联双管的流动过程，探究了流量分配特性的影响因素及其作用机理；并通过稳态模拟平均热流密度在2.7～3.9MW/m2、热流增长率在0.025～0.225范... 详细信息

为研究线性非均匀加热下超临界燃油在并联双管中的流量分配特性，本文通过瞬态模拟RP-3流经并联双管的流动过程，探究了流量分配特性的影响因素及其作用机理；并通过稳态模拟平均热流密度在2.7～3.9MW/m2、热流增长率在0.025～0.225范围内的质量流量分配特性，研究了不同非均匀加热条件对流量分配特性的影响。结果表明：拟临界状态、裂解反应、固体导热、分流阻力差是影响流量分配特性的主要因素；拟临界状态正反馈、裂解反应正反馈会增大两管间的质量流量偏差；固体导热负反馈、分流阻力差负反馈会减小质量流量偏差。而裂解反应正反馈被激活的必要条件是总加热功率可使全部冷却工质达到裂解温度(qtotal>qpy)。保持平均热流密度3.7MW/m2不变，热流增长率增大了9倍，质量流量相对标准差增长了11%，非均匀加热条件主要起到流量分配偏差的诱导作用，对最终的流量分配特性的影响较小。

关键词：超临界燃油并联管道流量分配机理

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航空发动机燃油伺服系统可控流路设计方法

推进技术 2024年

作者：赵文帅王曦龙一夫周龙周振华张胜北京航空航天大学能源与动力工程学院中国航发贵州红林航空动力控制科技有限公司产品设计所

针对液压机械伺服系统正向设计的难点，提出了液压机械伺服系统可控流路的基本概念和理论。通过建立状态空间模型，采用闭环系统分析法及液压机械伺服系统可控流路概念，提出了单腔和串联式双腔两种基本结构的可控流路设计方法；在此基... 详细信息

针对液压机械伺服系统正向设计的难点，提出了液压机械伺服系统可控流路的基本概念和理论。通过建立状态空间模型，采用闭环系统分析法及液压机械伺服系统可控流路概念，提出了单腔和串联式双腔两种基本结构的可控流路设计方法；在此基础上，以燃油伺服等压差控制系统的正向设计为典型算例，应用提出的可控流路设计方法进行了系统性设计。仿真结果表明，燃油伺服等压差控制系统静态误差为0，动态调节时间不大于0.01 s，超调量不大于10%，相角裕度大于45 °，正弦波动输入信号的干扰下具有鲁棒抗干扰性能。

关键词：航空发动机燃油伺服系统液压机械压力伺服可控流路设计状态空间等压差控制

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燃油伺服系统一体式等压差活门正向频域设计

航空动力学报 2024年

作者：赵文帅王曦周龙周振华柴文伟张胜北京航空航天大学能源与动力工程学院中国航发贵州红林航空动力控制科技有限公司产品设计所

等压差活门为航空发动机燃油计量系统提供稳定供油压差，其性能直接影响燃油计量系统的性能。本文提出一种等压差活门的正向频域设计方法，内容包括：首先，基于线性系统理论，推导了等压差活门的状态空间模型；其次，基于频域分析方法... 详细信息

等压差活门为航空发动机燃油计量系统提供稳定供油压差，其性能直接影响燃油计量系统的性能。本文提出一种等压差活门的正向频域设计方法，内容包括：首先，基于线性系统理论，推导了等压差活门的状态空间模型；其次，基于频域分析方法，建立了等压差活门结构参数与系统性能的显式关系，提供结构参数设计指导；然后，基于频域设计理论，提出了一种等压差活门的动态设计方法，指导镇定控制增益的设计；最后，为了便于工程应用，提出了规则型孔设计图谱的概念，完成了规则型孔结构参数的设计。仿真结果表明，在1 MPa的进口油源压力和大幅值计量面积阶跃扰动下，设计的等压差活门稳态特性满足0.81±0.01 MPa，静态误差小于1.2%，动态调节时间小于0.002 s，相角裕度基本大于70 °，系统具有伺服跟踪和鲁棒抗干扰性能。

关键词：等压差活门负反馈控制状态空间模型频域分析频域设计型孔设计图谱