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兼顾多模式的核心机驱动风扇级气动设计方法

航空学报 2024年第2期45卷 77-84页

作者：杨晓飞孙太璐孟德君尹海宝王咏梅中国航发沈阳发动机研究所沈阳110015

为了满足多种工作模式性能需求,变循环发动机通常具有多条共同工作线,使得核心机驱动风扇级(CDFS)由常规压气机面向“线”的设计转变为面向“面”的设计。基于CDFS试验效率随进口可调导叶(VIGV)角度调节的变化规律,为兼顾不同工作模式性... 详细信息

为了满足多种工作模式性能需求,变循环发动机通常具有多条共同工作线,使得核心机驱动风扇级(CDFS)由常规压气机面向“线”的设计转变为面向“面”的设计。基于CDFS试验效率随进口可调导叶(VIGV)角度调节的变化规律,为兼顾不同工作模式性能,提出了CDFS降流量、压比设计方法。该方法降低了转子、静子的气动负荷,提升了反力度。数值仿真表明,CDFS降流量3.2%、压比5.0%设计使单外涵模式效率、喘振裕度依次降低0.5%和2.2%,双外涵模式效率、喘振裕度提升1.4%和4.7%,双外涵模式的性能收益高于单外涵模式的性能损失。级性能对比表明,降流量、压比设计的性能收益源自VIGV、静子总压恢复系数的提升。基于发动机在不同工作模式下的性能需求优先级,以及CDFS工作点可由前涵道引射器调整的优势,降流量、压比设计是可行的,具有很高的应用潜力。

关键词：变循环发动机核心机驱动风扇级降流量降压比气动设计

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舰载涡扇发动机高低温起动试验与分析

推进技术 2024年第1期45卷 236-242页

作者：邢洋杨怀丰刘亚君江井跃张伟中国航发沈阳发动机研究所辽宁沈阳110015

为验证某舰载涡扇发动机在高低温环境条件下起动特性,基于高低温起动验证试车台,通过模拟高低温进气和保温条件,开展了采用RP-3燃油和RP-5燃油的涡扇发动机高低温起动性能对比试验。分析了不同环境温度下发动机起动点火性能的变化规律;... 详细信息

为验证某舰载涡扇发动机在高低温环境条件下起动特性,基于高低温起动验证试车台,通过模拟高低温进气和保温条件,开展了采用RP-3燃油和RP-5燃油的涡扇发动机高低温起动性能对比试验。分析了不同环境温度下发动机起动点火性能的变化规律;对比了不同环境温度、燃油种类、转速上升率对发动机起动性能的影响。试验结果表明,大气温度由60℃下降到-20℃,主燃烧室供油到点着火时间延长约1~2 s;在-20~60℃内,采用RP-3和RP-5两种燃油,发动机起动性能基本一致;给定转速上升率降低0.1%/s,低温起动时间延长0.01~0.06(相对值),在高压换算转速n_(Hcor)=0.3~0.5(相对值)转速范围内,反馈转速上升率与给定上升率最大差异为28.2%;整个起动转速范围内,主燃油供油流量最高下降10.8%,燃油总管压力p_(f)与高压压气机出口压力p_(31)之差最高下降10.1%。

关键词：舰载涡扇发动机高低温起动起动性能转速上升率燃油

转速-功率耦合摩擦通断式负载对涡扇发动机性能影响研究

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推进技术 2024年第5期45卷 16-25页

作者：袁长龙郝燕平中国航发沈阳发动机研究所辽宁沈阳110015

针对传统航空发动机采用的高压轴功率提取方式容错能力低且功率输出能力不足,以及负载装置长时间运转等问题,提出了一种带离合装置的涡扇发动机低压轴功率提取方案,建立了系统耦合模型,搭建了整机试验系统并提出了试验方法。采用数值计... 详细信息

针对传统航空发动机采用的高压轴功率提取方式容错能力低且功率输出能力不足,以及负载装置长时间运转等问题,提出了一种带离合装置的涡扇发动机低压轴功率提取方案,建立了系统耦合模型,搭建了整机试验系统并提出了试验方法。采用数值计算和试验验证相结合的方法,研究了转速-功率耦合摩擦通断式负载对涡扇发动机性能的影响。研究结果表明:涡扇发动机低压轴具备大功率提取能力,且发动机低压轴带负载起动、高低压轴大转速差运转等技术路径可行,但存在排气超温和压缩部件稳定裕度下降问题;降低负载功率、延长作动时间、选取适合的压紧力值并考虑安全裕度1.5、在发动机低状态作动等措施,有利于发动机在离合装置作动过程的安全运转;建立的系统耦合模型具有良好的仿真精度,稳态和动态计算误差均小于6%;试验方法合理有效,试验验证过程中各参数良好,可为其他类似相关试验提供参考。

关键词：涡扇发动机低压轴功率提取离合装置仿真分析试验

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双转子发动机整机高涡转子动应力测试方法

航空动力学报 2024年第9期39卷 1-8页

作者：钱正纬郭仁飞马立强张岩松孙国玉中国航发沈阳发动机研究所沈阳110015

设计了一种基于“遥测+长跨距引线导管”的双转子涡扇发动机整机高压涡轮转子动应力测试机构,并结合轴间遥测冷却仿真设计及定制化的高温应变计,在国内完成了双转子涡扇发动机整机高压涡轮转子动应力测试,获取了整机状态下全转速范围内... 详细信息

设计了一种基于“遥测+长跨距引线导管”的双转子涡扇发动机整机高压涡轮转子动应力测试机构,并结合轴间遥测冷却仿真设计及定制化的高温应变计,在国内完成了双转子涡扇发动机整机高压涡轮转子动应力测试,获取了整机状态下全转速范围内高压涡轮转子叶片的动应力数据。测试结果表明:该设计的动应力测试机构及其冷却方法有效解决了双转子发动机整机高压涡轮转子测试信号引出困难、信号传输稳定性差等问题,定制化的高温应变计及其安装防护技术克服了整机高压涡轮叶片上极端高温、气流冲刷、空间狭小等恶劣安装条件。该测试方法可为相关测试任务提供重要借鉴。

关键词：动应力测试双转子涡扇发动机整机状态高压涡轮转子叶片遥测技术

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高压涡轮外环流动换热的试验与数值研究

动力工程学报 2024年第9期44卷 1437-1445页

作者：殷林林卢元丽吴伟龙陈云中国航发沈阳发动机研究所沈阳110015

为了获得不同冷气参数对高压涡轮外环流场和温度场的影响规律,采用加温加压试验研究了不同冷气与燃气流量比条件下的外环温度场及冷却效率,并将数值仿真结果与试验结果进行了对比分析,同时研究了不同燃气来流气流角条件对外环流动换热... 详细信息

为了获得不同冷气参数对高压涡轮外环流场和温度场的影响规律,采用加温加压试验研究了不同冷气与燃气流量比条件下的外环温度场及冷却效率,并将数值仿真结果与试验结果进行了对比分析,同时研究了不同燃气来流气流角条件对外环流动换热的影响。结果表明:数值仿真结果与试验结果吻合较好,采用测点进行温度平均计算的冷却效率略高于试验结果;试验条件下外环试验环境下燃气主流的流动存在明显的分离,周期性较差,通过在外环块侧边增加陪衬件有效地改善了外环块区域的流动周期性;当来流方向与气膜孔出流方向一致时,冷气覆盖效果较好,在一定角度范围内对冷却效率的影响较小,来流气流角与气膜孔出流方向存在最佳匹配值。

关键词：涡轮外环流动换热气膜冷却效率数值模拟

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射流预冷对航空发动机进气温度的特征性分析

航空动力学报 2024年第7期39卷 177-188页

作者：冯爽李宝宽杨晓晰谢业平张海洋东北大学热能工程系沈阳110819 中国航发沈阳发动机研究所沈阳110015 中国航发沈阳发动机研究所辽宁省航空发动机冲击动力学重点实验室沈阳110015

为了研究射流预冷技术对预压段温度场的影响,采用欧拉-拉格朗日方法建立了液滴雾化蒸发过程的三维数学模型.气液两相之间的传质和动量交换是通过双向耦合的方法实现的.通过与已有试验结果的比较,验证了该数学模型的准确性.采用响应面法... 详细信息

为了研究射流预冷技术对预压段温度场的影响,采用欧拉-拉格朗日方法建立了液滴雾化蒸发过程的三维数学模型.气液两相之间的传质和动量交换是通过双向耦合的方法实现的.通过与已有试验结果的比较,验证了该数学模型的准确性.采用响应面法分析了水气比、喷射速度、液滴尺寸和喷嘴锥角对航空发动机进气温度的影响,建立了四因素三水平响应面法.结果表明:发动机进气空气温度的降温比为3.67%~26.02%.建立了基于多元回归方法的可视化非线性多变量设计优化方程,得到了水气比、喷射速度、液滴尺寸和喷嘴锥角对进气冷却效果的影响.当水气比为0.08、液滴尺寸为10.47 µm、喷射速度为39.52m/s、喷嘴锥角为24.79°时,发动机最低预压缩冷却段温度为449.60 K.

关键词：射流预冷响应面分析进气温度雾化蒸发

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带数字电子备份的发动机控制系统设计与验证

航空动力学报 2024年第8期39卷 404-414页

作者：李琛文彬鹤左伟高敏明韩崇鹏中国航发沈阳发动机研究所沈阳110015 中国航发控制系统研究所江苏无锡214063

在常规双余度数字电子控制系统基础上,提出了一种带数字电子备份的发动机控制系统方案。在主控系统失效时,数字电子备份系统可接替主控系统实现发动机各项功能的控制,提升了系统的任务可靠性;将备份系统内置于液压机械组件内部,提升系... 详细信息

在常规双余度数字电子控制系统基础上,提出了一种带数字电子备份的发动机控制系统方案。在主控系统失效时,数字电子备份系统可接替主控系统实现发动机各项功能的控制,提升了系统的任务可靠性;将备份系统内置于液压机械组件内部,提升系统的抗电子干扰和耐电磁能力。半物理和整机验证结果表明:主、备系统之间以及系统与发动机之间工作匹配良好;主备切换功能正常,切换过程参数平稳过渡,巡航状态下切换,推力扰动小于1.5%;备份系统各项控制功能正常,主控参数压比控制精度小于0.1、摆动量小于0.1,导叶控制精度小于0.15°、摆动量小于0.2°,加、减速过程燃油和导叶跟随良好,稳态、过渡态性能均满足发动机使用要求;散热设计满足器件的使用要求。

关键词：数字电子备份控制系统设计多余度半物理试验整机试验

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尾缘切除对低压涡轮叶栅气动性能的影响

大连海事大学学报 2024年第1期50卷 158-166页

作者：付星豪黄玉娟马志乐韦文涛中国航发沈阳发动机研究所沈阳110000

选取某低压涡轮导向叶片中截面叶型作为研究对象,采用数值模拟方法研究尾缘切除对低压涡轮叶栅气动性能的影响,研究切除长度分别为2.5%、5.0%、7.5%弦长时叶栅气动性能的变化,并且采用尖边倒圆、将尾缘修整为圆弧形、椭圆形三种方式对... 详细信息

选取某低压涡轮导向叶片中截面叶型作为研究对象,采用数值模拟方法研究尾缘切除对低压涡轮叶栅气动性能的影响,研究切除长度分别为2.5%、5.0%、7.5%弦长时叶栅气动性能的变化,并且采用尖边倒圆、将尾缘修整为圆弧形、椭圆形三种方式对切尾缘后叶型剩余尾部进行修型。结果表明:尾缘切除可有效增加叶栅槽道的流通能力,并且流通能力随尾缘切除长度增加而增加;切尾缘后叶栅损失增大,并且与尾缘切除长度呈正相关;切尾缘后的修型方式会对叶栅损失水平产生影响,将尾缘修整为椭圆形对损失抑制效果最明显,在同样切除长度下其尾迹损失和端区损失均低于另外两种修型方式;尾缘切除对叶栅出口气流角影响微弱,尾缘切除长度每增加1%弦长,三种修型方式叶栅出口气流角增加量为0.13°~0.16°。

关键词：低压涡轮(LPT) 叶栅气动性能导向叶片尾缘切除

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基于磨粒分析的球轴承外圈剥落扩展特性研究

航空动力学报 2024年第6期39卷 29-36页

作者：杨景来卜嘉利佟文伟刘东旭郝延龙何山中国航发沈阳发动机研究所航空发动机动力传输重点实验室沈阳110015

为研究航空发动机球轴承外圈的剥落扩展特性,首先利用外圈含预制缺陷的球轴承开展零部件实验,再选取外圈存在剥落缺陷的球轴承在发动机上开展剥落扩展研究。综合利用滑油光谱、便携式铁谱、分析式铁谱及能谱分析技术对发动机滑油中的磨... 详细信息

为研究航空发动机球轴承外圈的剥落扩展特性,首先利用外圈含预制缺陷的球轴承开展零部件实验,再选取外圈存在剥落缺陷的球轴承在发动机上开展剥落扩展研究。综合利用滑油光谱、便携式铁谱、分析式铁谱及能谱分析技术对发动机滑油中的磨粒进行分析。结果表明:球轴承外圈的剥落扩展是渐进性的;表面存在沿长轴方向划痕的疲劳磨粒数量及比例随外圈的剥落发展而不断增加;磨粒总量及尺寸在剥落发展期出现明显增长,在快速扩展期急剧增加。结论:外圈的剥落首先出现在距凹坑一定距离的后方位置,沿滚珠的滚动方向扩展;剥落扩展分为4个阶段:裂纹萌生、裂纹扩展、裂纹贯穿及剥落扩展。

关键词：球轴承外圈剥落磨粒预制缺陷裂纹