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二元超声速混压式进气道亚临界稳定裕度研究

推进技术 2024年第2期45卷 38-53页

作者：王震宇谢文忠袁世杰南京航空航天大学能源与动力学院江苏南京210016 西安航天动力研究所陕西西安710100

为了研究内收缩比和来流马赫数对二元超声速混压式进气道亚临界稳定裕度的影响规律及失稳机制,采用二维非定常仿真方法研究了内收缩比(ICR)为1.04~1.25的进气道在来流马赫数Ma0为2.4的条件下,以及内收缩比为1.08的进气道在来流马赫数为2... 详细信息

为了研究内收缩比和来流马赫数对二元超声速混压式进气道亚临界稳定裕度的影响规律及失稳机制,采用二维非定常仿真方法研究了内收缩比(ICR)为1.04~1.25的进气道在来流马赫数Ma0为2.4的条件下,以及内收缩比为1.08的进气道在来流马赫数为2.2~2.8条件下,其由稳态向失稳状态转变的过程。研究结果表明:(1)当Ma0=2.4时,在1.04≤ICR≤1.12内,随着ICR增加,亚临界稳定裕度ζ减小;1.16≤ICR≤1.25内,随着ICR增加,亚临界稳定裕度增大。(2)在内收缩比为1.08的条件下,马赫数变化引起的分离激波角和分离包再附压升两个关键因素变化共同主宰着进气道亚临界稳定裕度的变化趋势。(3)总体上,根据稳定亚临界初始状态的三相点无量纲高度?b是否大于1可将进气道的亚临界稳定裕度变化情形分为两类,当?b 1时,ζ随着?b的增加而增加。

关键词：亚燃冲压发动机超声速混压式进气道内收缩比来流马赫数稳定裕度三相点

考虑界面接触的磁悬浮轴承-转子系统建模及鲁棒控制

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西南交通大学学报 2024年第4期59卷 755-765页

作者：周扬周瑾王艺宇张越徐园平南京航空航天大学机电学院江苏南京210016

磁悬浮轴承-转子系统中,螺栓连接装配形成的界面接触会在转子悬浮状态下激发弯曲模态振动,同时振动频率随转速明显变化.为实现全转速范围内对弯曲模态振动的主动控制,提出一种考虑频率不确定性的H∞鲁棒控制器设计方法.首先,通过建立考... 详细信息

磁悬浮轴承-转子系统中,螺栓连接装配形成的界面接触会在转子悬浮状态下激发弯曲模态振动,同时振动频率随转速明显变化.为实现全转速范围内对弯曲模态振动的主动控制,提出一种考虑频率不确定性的H∞鲁棒控制器设计方法.首先,通过建立考虑界面接触的动力学模型进行仿真预测,获得振动频率的变化范围;其次,通过频响拟合的方式对转子传递函数进行重构,并将仿真得到的振动频率变化范围以加性不确定性方式引入到重构传递函数中,得到考虑模态频率不确定性的被控对象模型;最后,基于该模型设计兼顾参数摄动和外力扰动的鲁棒性、闭环系统稳定性和防止控制电压饱和等多功能的H∞鲁棒控制器.数值仿真结果表明:该控制器在模态频率处具有宽频带阻的频响特性,能够抑制磁悬浮轴承转子系统的弯曲模态振动;采用该方法设计的H∞鲁棒控制器后,转子弯曲模态振动幅值最少减小90%.

关键词：主动磁悬浮轴承界面接触模态振动鲁棒控制

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高温磁悬浮轴承-转子系统建模与动力学分析

西南交通大学学报 2024年第4期59卷 746-754,822页

作者：金超武辛宇周扬赵瑞瑾周瑾徐园平南京航空航天大学机电学院江苏南京210016

在多电航空发动机中,主动磁悬浮轴承因其耐高温、非接触等特性可以突破温度对支承部位的限制,使支承部位能够更靠近燃烧室.为探究温度对磁悬浮轴承转子系统动态特性的影响规律,提出一种高温磁悬浮轴承转子系统动力学建模方法.通过仿真... 详细信息

在多电航空发动机中,主动磁悬浮轴承因其耐高温、非接触等特性可以突破温度对支承部位的限制,使支承部位能够更靠近燃烧室.为探究温度对磁悬浮轴承转子系统动态特性的影响规律,提出一种高温磁悬浮轴承转子系统动力学建模方法.通过仿真得到转子在不同温度下的温度分布,并使用多项式拟合转子轴向温度分布;基于有限元方法推导柔性转子单元的动力学模型,引入温度影响,建立考虑温度影响的磁悬浮轴承转子系统整体动力学模型,并通过模态试验验证模型的准确性;基于理论动力学模型分析系统的动态特性.结果表明:温度升高会导致转子的前三阶支承模态频率下降,增大各阶幅频响应幅值;当温度从常温升至450℃时,转子的前三阶弯曲支承模态频率分别降低了3.818%、5.670%、3.183%,前三阶弯曲模态幅频响应幅值分别升高了83.4%、34.4%、24.1%.

关键词：有限元法高温特性磁悬浮轴承动力学分析航空发动机

直接氨SOFC-GT混合动力系统性能及航空应用

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航空动力学报 2024年第4期39卷 165-179页

作者：徐乐根毛军逵梁凤丽王在兴杨孟林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南京210016

建立了基于直接氨燃料的固体氧化物燃料电池-燃气轮机(SOFC-GT)混合动力系统仿真模型,开发了一种架构优化的高功率-质量比的高效发电系统,并研究了燃料利用率和系统燃料分配对系统功率分配、各子部件质量以及其㶲损失等性能的影响。基于... 详细信息

建立了基于直接氨燃料的固体氧化物燃料电池-燃气轮机(SOFC-GT)混合动力系统仿真模型,开发了一种架构优化的高功率-质量比的高效发电系统,并研究了燃料利用率和系统燃料分配对系统功率分配、各子部件质量以及其㶲损失等性能的影响。基于所建立的模型分析了压气机压比、燃料摩尔流量、空气摩尔流量等输入参数对系统性能的影响,在最优性能条件下对系统进行功率-质量比分析。仿真结果表明该系统的净发电效率为56.85%,㶲效率为50.71%,净发电量为213 kW,功率-质量比为0.7303 kW/kg,达到美国能源部太平洋西北国家实验室(PNNL)为SOFC-GT混合动力系统应用于航空航天领域制定的标准。在此基础上,讨论了该系统在商用飞机主动力和辅助动力上的应用,表明SOFC-GT混合动力系统在航空领域具有良好的应用前景。

关键词：氨燃料电池固体氧化物燃料电池-燃气轮机混合动力系统系统效率功率-质量比航空动力

基于x-LMS算法的直升机主动消振电力作动器系统研究

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Transactions of Nanjing University of Aeronautics and Astronautics 2024年第1期41卷 53-65页

作者：郝振洋杨健张嘉文曹鑫王涛南京航空航天大学自动化学院南京211106

直升机前飞时,气动环境会导致不同方位角的桨叶出现气动载荷的瞬间不对称,通过基础结构传递会在机身形成大幅度的低频振动。为了消除多方向幅值变化的振动力,利用结构响应主动控制原理,设计了基于x-LMS算法的主动消振电力作动器系统,并... 详细信息

直升机前飞时,气动环境会导致不同方位角的桨叶出现气动载荷的瞬间不对称,通过基础结构传递会在机身形成大幅度的低频振动。为了消除多方向幅值变化的振动力,利用结构响应主动控制原理,设计了基于x-LMS算法的主动消振电力作动器系统,并进行了减振实验。首先,通过比较确定了单台作动器中两台电机同向旋转的方案。通过两台作动器的组合使用,推导出输出力的数学模型。其次,采用负载相位差交叉耦合的控制策略设计系统控制框图。针对存在耦合的相位外环,通过回差阵特征值法确定满足系统稳定裕度要求的参数范围,再根据灵敏度函数和输入跟踪性能在所得的参数稳定域内寻找最优解。然后,提出了基于x-LMS算法的直升机主动振动控制系统,并通过仿真验证了该系统的减振效果。最后,研制的实验样机进行了动稳态实验以及减振实验,验证了系统的实际减振效果。

关键词：结构响应主动控制消振电力作动器回差阵特征值法 x-LMS算法

BaTiO_(3)掺杂调控内建电场提升钙钛矿太阳能电池性能

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物理学报 2024年第3期73卷 334-345页

作者：金程程丁玲玲宋子馨陶海军南京航空航天大学材料科学与技术学院南京211106

碳基无空穴传输层钙钛矿太阳能电池(C-PSCs)因其替换了昂贵的贵金属电极,以及去掉了稳定性差的空穴传输材料而受到广泛关注.但是C-PSCs内部载流子分离和传输性能差阻碍了效率的提高,而内建电场的增强可以改善载流子传输性能从而提升电... 详细信息

碳基无空穴传输层钙钛矿太阳能电池(C-PSCs)因其替换了昂贵的贵金属电极,以及去掉了稳定性差的空穴传输材料而受到广泛关注.但是C-PSCs内部载流子分离和传输性能差阻碍了效率的提高,而内建电场的增强可以改善载流子传输性能从而提升电池光电性能.本文将铁电材料钕酸钡(BaTiO_(3))粉末作为添加剂引入钙钛矿前驱液中制备C-PSCs,改善钙钛矿薄膜形态,降低薄膜缺陷密度及提高C-PSCs载流子传输性能.结果表明,当BaTiO_(3)质量分数为1.0%时,钙钛矿薄膜均匀致密,电池的光电转换效率最高.对薄膜施加正向电压极化处理后,铁电材料BaTiO_(3)剩余极化电场增大了内建电场,为载流子输运和萃取提供充足的动力,从而抑制非辐射复合的发生;同时耗尽层宽度增大,反向饱和电流减小,电池性能显著提升,优化后最佳器件效率为9.02%.本文为钙钛矿吸收层掺杂实现内建电场调控提供了一种有效策略.

关键词：钙钛矿太阳能电池内建电场铁电材料载流子传输

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典型丙醚二级加氧产物的氢转移裂解反应理论研究

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新能源进展 2024年第5期12卷 580-587页

作者：刘猛沈宇豪颜应文田泽民南京航空航天大学能源与动力学院南京210016

低温燃烧是一种有前景的高效清洁燃烧技术。其关键问题之一在于可靠地构建燃料低温氧化化学动力学机理。丙醚作为一种可再生清洁燃料,在低温燃烧方面有较高应用潜力,然而,其关键低温氧化反应的研究却十分缺乏。基于量子化学和过渡态理论... 详细信息

低温燃烧是一种有前景的高效清洁燃烧技术。其关键问题之一在于可靠地构建燃料低温氧化化学动力学机理。丙醚作为一种可再生清洁燃料,在低温燃烧方面有较高应用潜力,然而,其关键低温氧化反应的研究却十分缺乏。基于量子化学和过渡态理论,考虑物种的多重构象效应,计算三种典型的正丙醚/异丙醚二级过氧化物OOQOOH经过氢转移-裂解生成氢过氧化物醛酮类物质和OH基的反应势能面、热力学数据和反应速率常数。结果表明,多重构象效应对物种的焓、熵、定压比热容及速率常数有明显影响,计算时不可忽略。获得的热力学数据和反应速率常数可用于完善丙醚燃料低温氧化机理。

关键词：二级加氧反应势能面丙醚速率常数量子化学

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分流通道对台阶型篦齿封严性能影响研究

南京航空航天大学学报 2024年第4期56卷 622-629页

作者：董红伟谭晓茗张庆才张靖周南京航空航天大学能源与动力学院南京210016

为提高涡轮级间篦齿的封严性能,设计了一种带分流通道的台阶型篦齿封严结构,研究了不同压比与转速下分流通道对篦齿封严泄漏特性和传热特性的影响规律,并与光滑篦齿进行对比。结果表明:在衬套上增设一个分流通道后,处于通道出口处的气... 详细信息

为提高涡轮级间篦齿的封严性能,设计了一种带分流通道的台阶型篦齿封严结构,研究了不同压比与转速下分流通道对篦齿封严泄漏特性和传热特性的影响规律,并与光滑篦齿进行对比。结果表明:在衬套上增设一个分流通道后,处于通道出口处的气流在离心力作用下被卷吸进通道,增强了篦齿的封严效果;分流通道的周向间隙率β越大,封严效果越佳,当周向间隙率β为3时,绝热壁面流量系数为13.47%,绝热壁面风阻温升为48.7 K;分流通道数量增加,篦齿的泄漏加剧;随着压比增加,密封泄漏量增大,分流通道可以引导核心射流回流,故泄漏量增速逐渐变缓而绝热壁面风阻温升增速加剧;当转速从3×10^(3)r/min增加到2.1×10^(4)r/min,气流摩擦耗散加剧,篦齿绝热壁面流量系数逐渐降低,绝热壁面风阻温升逐渐升高,分流通道对高转速下篦齿的封严效果提升显著。

关键词：数值模拟分流通道台阶型篦齿封严流量系数风阻温升

出口结构对轴流式旋风分离器性能影响的数值模拟

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安全与环境学报 2024年第2期24卷 759-767页

作者：王锁芳赵浩宇柴金孟郭跃腾张胜南京航空航天大学能源与动力学院南京210016

为探究出口结构对轴流式旋风分离器性能的影响,通过大涡模拟与离散相模型耦合的数值方法,对4种不同出口结构轴流式旋风分离器进行数值模拟研究,同时,引入Omega准则识别内部空间涡结构。结果显示,在轴流式旋风分离器内部,叶片吸力面与导... 详细信息

为探究出口结构对轴流式旋风分离器性能的影响,通过大涡模拟与离散相模型耦合的数值方法,对4种不同出口结构轴流式旋风分离器进行数值模拟研究,同时,引入Omega准则识别内部空间涡结构。结果显示,在轴流式旋风分离器内部,叶片吸力面与导流锥底部形成了叶间通道涡与导流锥尾迹涡,且涡旋速度梯度大,并会将颗粒卷吸到涡核中心,使分离效率降低;楔形与弧形出口结构加剧了涡结构在出口管内破碎的现象,且较直筒型出口的压力损失更低。在弧形出口前设计直线段可减缓型面扩张,即混合型出口可进一步改善弧形出口的流阻与分离性能。总体来看,楔形出口和混合型出口的性能较好,可为轴流式旋风分离器的结构改进提供一定参考。

关键词：环境工程学旋风分离器大涡模拟出口结构分离性能涡结构