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超燃冲压发动机磁流体发电通道数值模拟研究（英文）

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推进技术 2024年第11期 261-274页

作者：凌文辉武劭恂张义宁刘琛源孟皓北京动力机械研究所

磁流体动力学（MHD）反向能量旁路技术是超燃冲压发动机系统中一种很有前途的能量再分配技术，它与发电设备相结合，为长距离飞行提供必要的机身动力。本文通过使用商业软件Fluent建立并验证了超燃冲压发动机磁流体发电通道的计算模型... 详细信息

磁流体动力学（MHD）反向能量旁路技术是超燃冲压发动机系统中一种很有前途的能量再分配技术，它与发电设备相结合，为长距离飞行提供必要的机身动力。本文通过使用商业软件Fluent建立并验证了超燃冲压发动机磁流体发电通道的计算模型。研究发现，当磁感应强度为1,2,3,4 T时，发电效率分别为22.5%,22.3%,22.0%,21.5%，且随磁感应强度的增加而降低，焓提取率分别为0.026%,0.1%,0.21%,0.34%，随磁感应强度的增加而增加。电磁作用对发电通道内气流的减速能力随着磁感应强度的增大而增大。磁场强度越强，马赫数的降低效果越明显。发电效率会随着磁感应强度增大而降低，焓提取率则会随着磁感应强度增大而增大。由于局部电流聚集在发电区域进出口，沿程方向的总温、总焓并非呈线性变化，在进出口存在极大值与极小值。增加电极数量可以有效调节焦耳热耗散的占比，从而可提高发电效率。

关键词：超燃冲压发动机磁流体力学发电通道电离种子数值模拟

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基于Kriging的多阶段加点策略及离心叶轮汽蚀优化

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西北工业大学学报 2024年第3期42卷 467-476页

作者：陈璇李嘉李斌邹学奇蔡飞超西北工业大学动力与能源学院陕西西安710072 长安大学工程机械学院陕西西安710064 中国航发湖南动力机械研究所湖南株洲412002

为了实现燃油离心泵汽蚀特性智能优化设计,提出一种基于Kriging的多阶段主动学习加点策略。重点是建立3个阶段的加点策略,并明确各阶段加点策略的切换判据。基于一维函数、多维函数等测试函数,与单加点策略对比以验证多阶段主动学习加... 详细信息

为了实现燃油离心泵汽蚀特性智能优化设计,提出一种基于Kriging的多阶段主动学习加点策略。重点是建立3个阶段的加点策略,并明确各阶段加点策略的切换判据。基于一维函数、多维函数等测试函数,与单加点策略对比以验证多阶段主动学习加点策略的有效性。进而,以某型燃油离心泵为例,完成所提出加点策略在其汽蚀特性的优化应用。测试函数算例结果表明:多阶段主动学习加点策略达到相同精度所需时间稍长于单MSE策略,优于单EI策略与单CV策略;但相比单MSE策略,全局最优解局部精度更高。离心泵汽蚀特性优化结果表明:优化泵进口处压力损失降低且进口处回流、旋涡等局部流动减弱,蜗壳内压力梯度增大且其出口处旋涡流动减弱;优化泵的汽蚀系数提高30.83%,汽蚀余量下降9.14%,汽蚀比转数下降7.17%,泵内气体含量下降17.27%,所提出的方法有效地提高了离心泵的抗汽蚀性能。

关键词：燃油离心泵汽蚀特性 Kriging 加点策略优化设计

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氢燃烧室边界层回火机制和预测方法

航空学报 2024年

作者：张晓旭肖为曹俊李维周华任祝寅清华大学航空发动机研究院中国航发湖南动力机械研究所

“双碳”背景下，氢气作为一种零碳清洁燃料，得到了航空业的广泛关注。相比于航空煤油，氢气具有更高的火焰传播速度、更薄的火焰厚度，增大了氢燃烧室发生回火的风险。目前广泛使用的微预混燃烧技术虽然可以有效降低核心流回火风险，... 详细信息

“双碳”背景下，氢气作为一种零碳清洁燃料，得到了航空业的广泛关注。相比于航空煤油，氢气具有更高的火焰传播速度、更薄的火焰厚度，增大了氢燃烧室发生回火的风险。目前广泛使用的微预混燃烧技术虽然可以有效降低核心流回火风险，但是边界层回火的风险依然存在。如何在设计阶段准确预测边界层回火，进而在运行阶段规避喷嘴回火风险，是研制氢燃料燃烧室面临的关键技术挑战。本文针对氢燃烧边界层回火问题，分析了氢燃料分子输运、火焰传播特性对于边界层回火的影响，综述了针对无旋边界层回火和旋流边界层回火的实验测量和数值仿真发现，梳理了近几十年来发展的层流和湍流边界层回火判据，介绍了近期发展的快速边界层回火预测方法，讨论了氢燃料边界层回火研究面临的挑战，展望了氢燃料边界层回火判据与建模的发展趋势。

关键词：氢燃烧边界层回火差异扩散回火机制回火判据

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多界面浮动花键-柔性轴系自激振动研究

振动与冲击 2024年第18期43卷 57-68页

作者：张润泽马新星李坚张振果朱晔中国航发湖南动力机械研究所湖南株洲412002 上海交通大学振动、冲击、噪声研究所上海200240

针对直升机超临界尾传动轴系动力学设计需求,开展了浮动花键-柔性轴系自激振动研究。根据浮动花键联接结构形式,分别建立了花键齿面接触模型以及定位面接触模型。参照某型直升机尾水平传动轴系结构,建立了含有浮动花键、膜片联轴器及转... 详细信息

针对直升机超临界尾传动轴系动力学设计需求,开展了浮动花键-柔性轴系自激振动研究。根据浮动花键联接结构形式,分别建立了花键齿面接触模型以及定位面接触模型。参照某型直升机尾水平传动轴系结构,建立了含有浮动花键、膜片联轴器及转轴的多界面浮动花键-柔性轴系动力学模型,并讨论了花键副摩擦诱导下摩擦因数、外阻尼、不平衡量及转速等对系统自激振动的影响。研究结果表明:随着花键副摩擦因数增加,转轴和花键振动响应逐渐增加;在外阻尼和花键副摩擦满足一定条件时,系统可能发生自激振动;系统发生自激振动时处于超临界转速,其振动频率特征由转轴1阶弯曲频率主导,转速越靠近1阶临界转速,转轴振动响应幅值越高。

关键词：转子系统浮动花键超临界自激振动

轴扇转换式发动机最优转换点串行优化设计方法

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推进技术 2024年

作者：纪创汪勇王召广宋劼张海波南京航空航天大学能源与动力学院中国航发湖南动力机械研究所

为满足停转式飞行器垂直起降与高速巡航时不同的动力需求，发动机需要在涡轴和涡扇工作模式之间进行转换。对此，本文提出模式转换点串行优化方法，以实现轴扇转换式发动机最优模式切换。提出了一种带有核心机放气阀门轴扇转换式发动机... 详细信息

为满足停转式飞行器垂直起降与高速巡航时不同的动力需求，发动机需要在涡轴和涡扇工作模式之间进行转换。对此，本文提出模式转换点串行优化方法，以实现轴扇转换式发动机最优模式切换。提出了一种带有核心机放气阀门轴扇转换式发动机方案，解决了涡轴模式低功率输出时，风扇和核心机流量不平衡的问题，并基于部件法建立了其气动热力学模型，稳态仿真验证了该方案的可行性；结合停转式飞行器的推力谱，提出了最优转换点串行优化设计方法，构建了综合考虑平稳切换与发动机切换后加速裕度最大的动态变维数、变目标数值最优化问题，确定了模式转换时最优的飞行高度、前飞速度、低压涡轮转速以及几何可调机构输入集合。结果表明：最优的模式转换可调机构组合为内涵道尾喷管加动力涡轮导向器，相对于调节前，该组合可使转换后的核心机相对转速降低2.5%以上。

关键词：轴扇转换式发动机垂直起降飞行器核心机放气阀门部件级模型最优转换点串行优化

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拉剪复合载荷下焊接接头疲劳寿命预测方法

航空动力学报 2024年

作者：刘小刚魏昊章胜汪全中余嘉伟艾兴中国航发湖南动力机械研究所南京航空航天大学能源与动力学院

为了建立焊接接头拉剪多轴应力状态下的寿命预测方法，文中设计了GH4169电子束焊接头蝶形拉剪疲劳试验件，开展了不同加载角度（0°、15°、30°及45°）下的疲劳试验，获得其四种加载角度下的F-N曲线；探讨了不同剪/拉应力比γ对焊接... 详细信息

为了建立焊接接头拉剪多轴应力状态下的寿命预测方法，文中设计了GH4169电子束焊接头蝶形拉剪疲劳试验件，开展了不同加载角度（0°、15°、30°及45°）下的疲劳试验，获得其四种加载角度下的F-N曲线；探讨了不同剪/拉应力比γ对焊接接头疲劳性能的影响规律。采用临界距离法，确定蝶形件焊缝缺口根部的临界距离，获得焊缝平面上的有效应力参量；进而引入与γ相关的修正系数k(γ)对Findley模型中的材料参数进行修正，建立了适用于不同加载角度的统一的多轴疲劳寿命预测模型。通过与试验结果对比，验证了所提出的模型具有较高的预测精度，误差在±2倍分散带以内。

关键词：焊接接头拉剪多轴疲劳 Findley模型临界距离法疲劳寿命预测

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表面织构对齿轮等温弹流润滑性能的影响

摩擦学学报 2024年

作者：袁常生沈瑞戴庆文黄巍王晓雷南京航空航天大学机电学院中国航发湖南动力机械研究所

表面织构作为1种可以显著提高表面摩擦学性能的技术，得到了国内外研究人员的广泛关注。为利用表面织构提升航空齿轮副服役性能，本研究中采用三维等温线接触弹流润滑模型，分析了齿轮副表面在齿顶、分度圆和齿根3个典型啮合位置下不同... 详细信息

表面织构作为1种可以显著提高表面摩擦学性能的技术，得到了国内外研究人员的广泛关注。为利用表面织构提升航空齿轮副服役性能，本研究中采用三维等温线接触弹流润滑模型，分析了齿轮副表面在齿顶、分度圆和齿根3个典型啮合位置下不同几何参数圆凹坑织构的弹流润滑性能，预测了在各啮合点的最优圆凹坑几何参数，并分析了织构形状对润滑性能的影响。数值计算结果表明：特定参数下表面织构可增加齿面的局部膜厚，提高齿面润滑性能。圆形织构在3个典型啮合位置的最优深径比为0.06，而最优的面积率则在齿根处和分度圆处较小，分别为5%和12%。而在不同织构形状的分析上，圆形织构就最优的润滑性能上表现最佳，矩形织构次之，而椭圆织构较差，其原因可归结于织构收敛楔的大小和形状导致的附加流体动压效应对齿轮弹性变形的影响，这会改变接触面的油膜厚度，圆形和矩形织构具有较宽的收敛楔，使得接触面的平均油膜厚度要更大。

关键词：等温线接触表面织构弹流润滑

ZL114A铝合金本构关系与失效准则参数的确定

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爆炸与冲击 2024年第1期44卷 86-105页

作者：谭毅杨书仪孙要兵郭小军湖南科技大学机电工程学院湖南湘潭411201 西北工业大学动力与能源学院陕西西安710129 中国航发南方工业有限公司湖南株洲412002 中国航发湖南动力机械研究所湖南株洲412002

针对航空发动机机匣材料ZL114A铝合金,构建描述该材料在较大温度范围下大变形及失效行为的材料模型。通过万能试验机及分离式霍普金森压杆试验装置测试ZL114A铝合金在常温准静态、高温和高应变率下的力学性能,分析温度和应变率对材料流... 详细信息

针对航空发动机机匣材料ZL114A铝合金,构建描述该材料在较大温度范围下大变形及失效行为的材料模型。通过万能试验机及分离式霍普金森压杆试验装置测试ZL114A铝合金在常温准静态、高温和高应变率下的力学性能,分析温度和应变率对材料流动应力的影响。采用有限元程序和优化算法反求25~375℃内材料的硬化参数,结合高应变率(1310~5964 s^(-1))下材料的动态行为关系,构建包含塑性应变、温度及应变率的经验型本构模型。开展缺口拉伸、缺口压缩等试验并建立相对应的有限元模型,获取材料在不同应力三轴度下的失效应变,标定分段形式的Johnson-Cook(J-C)失效准则参数。通过不同温度下的平板侵彻试验和数值模拟验证失效准则及其参数的有效性。结果表明,ZL114A铝合金具有明显的应变硬化、温度软化及高应变率强化特性;具有应力饱和特征的Hockett-Sherby(HS)硬化模型较为准确地描述材料大变形下的力学行为;构建的材料本构关系可以描述ZL114A铝合金在大应变、宽温度、高应变率下的力学行为;分段形式的失效准则具有预测不同温度下材料失效行为的能力。

关键词： ZL114A铝合金本构关系反求失效准则侵彻

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直升机中减三相流金属屑末可达性

航空学报 2024年第1期45卷 174-187页

作者：陆凤霞韦坤王春雷鲍和云朱如鹏南京航空航天大学直升机传动技术重点实验室南京210016 中国航发湖南动力机械研究所株洲412002

直升机中间减速器(简称“中减”)在飞溅润滑下运转,轴承会因润滑不充分或磨损产生金属屑末,若油池底部的金属屑末信号器无法及时吸附报警则会导致直升机出现故障。为此,基于CFD理论,应用Fluent18.2软件建立中减固-液-气三相流模型,应用R... 详细信息

直升机中间减速器(简称“中减”)在飞溅润滑下运转,轴承会因润滑不充分或磨损产生金属屑末,若油池底部的金属屑末信号器无法及时吸附报警则会导致直升机出现故障。为此,基于CFD理论,应用Fluent18.2软件建立中减固-液-气三相流模型,应用RNG k-ε湍流模型及动网格技术,基于欧拉-拉格朗日耦合计算方法,采用VOF-DPM耦合模型仿真计算并分析金属屑末的可达性程度,且与试验获得了良好的一致性。结果表明,金属屑末在刚射入机匣内部时以其自身的运动状态为主导,在齿轮将润滑油完全搅动后以齿轮的运动状态为主导,并且运动的随机性与无序性极大,碰到机匣壁面反弹后会发生轨迹突变;所有金属屑末在机匣内均围绕齿轮有离心运动的趋势,且金属屑末的平均速度与距齿轮的距离呈非线性负相关;金属屑末在机匣内的可达性较弱,会在导油管的凹槽与回油孔口沉积,导致直升机无法达到实时报警监测,需对金属屑末易沉积的机匣结构进行改进。

关键词：中减计算流体力学金属屑末三相流可达性