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雷诺数对轴流压气机转子非定常流动的影响

航空动力学报 2019年第12期34卷 2706-2718页

作者：陈智洋吴艳辉安近怀远甘钧文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

针对某轴流压气机转子,结合地面试验采用5通道的数值模拟方法在两个海拔高度下对该转子进行数值模拟,分析雷诺数(Re)对压气机中非定常流动的影响。在地面条件下数值模拟绝对坐标系下的频率均落于试验旋转不稳定(RI)的驼峰频率带宽范围... 详细信息

针对某轴流压气机转子,结合地面试验采用5通道的数值模拟方法在两个海拔高度下对该转子进行数值模拟,分析雷诺数(Re)对压气机中非定常流动的影响。在地面条件下数值模拟绝对坐标系下的频率均落于试验旋转不稳定(RI)的驼峰频率带宽范围内。相对坐标系下相邻通道的数值监测信号互功率谱证明了压气机中周向扰动的存在。该周向扰动的产生是泄漏流与叶顶载荷分布周期性相互作用的结果。高空20km下压气机中存在特征频率不同的多个周向扰动。此时在叶片近吸力面的尾缘处存在较大范围的流动分离区,由此引起的径向低能流体与叶顶间隙泄漏流相互作用,并共同影响叶顶载荷分布,引起低雷诺数下压气机流动非定常性周向传播。

关键词：轴流压气机雷诺数试验测量非定常流动旋转不稳定

旁路放气循环高速单轴涡喷发动机安装性能模拟

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推进技术 2019年第6期40卷 1201-1209页

作者：张明阳王占学张晓博周莉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

针对Ma3.5旁路放气循环单轴涡喷发动机,提出一种压气机旁路放气计算方法,建立基于进/排气系统特性数据库的涡轮发动机安装性能计算模型,分析压气机旁路放气对压气机共同工作线和发动机高空高速推力性能的影响,给出压气机旁路放气量的调... 详细信息

针对Ma3.5旁路放气循环单轴涡喷发动机,提出一种压气机旁路放气计算方法,建立基于进/排气系统特性数据库的涡轮发动机安装性能计算模型,分析压气机旁路放气对压气机共同工作线和发动机高空高速推力性能的影响,给出压气机旁路放气量的调节原则,计算发动机安装性能、进/排气安装阻力沿飞行轨迹的变化规律。计算结果表明:当飞行马赫数大于2.3后需打开压气机旁路放气,旁路放气阀门面积和放气流量均随着飞行马赫数的增大基本呈线性增大趋势;通过压气机旁路放气,可显著改善单轴涡喷发动机在高空高速飞行条件下的稳定性和安装推力性能,在飞行马赫数3.0附近,可实现安装推力提高30%以上;在跨声速至飞行马赫数2.0区间内,推力安装损失最大,约为非安装推力的25%~30%。

关键词：旁路放气循环高速涡喷发动机安装性能数值模拟

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进口导叶形式对核心机驱动风扇级的影响

航空动力学报 2018年第7期33卷 1676-1684页

作者：周莉刘东王占学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西安710129

以某变循环发动机(VCE)所用核心机驱动风扇级(CDFS)为研究模型,数值模拟了CDFS在真实边界环境下的流动特性,分析了单/双涵道工作模式下,不同形式的可调进口导叶(IGV)对CDFS流动特性及性能的影响机理。结果表明:不同工作模式时,CDFS靠导... 详细信息

以某变循环发动机(VCE)所用核心机驱动风扇级(CDFS)为研究模型,数值模拟了CDFS在真实边界环境下的流动特性,分析了单/双涵道工作模式下,不同形式的可调进口导叶(IGV)对CDFS流动特性及性能的影响机理。结果表明:不同工作模式时,CDFS靠导叶角度的开闭实现大范围的流量调节。单涵道(SB)工作模式时,不同形式的可调进口导叶(VIGV)对CDFS性能的影响差异很小;双涵道(DB)工作模式时采用常规可调导叶(CIGV)会在其吸力面产生较大的流场分离,且流通能力和流量调节范围大大降低。可变弯度导叶通过可转动部分的开闭实现CDFS对流量调节的需求;通过固定部分保证CDFS导叶进口气流攻角基本不变,同时在固定部分和可转动部分连接处所形成的收缩通道的加速效应显著抑制了导叶吸力面的流动分离。可变弯度导叶是适用于CDFS在不同工作模式下性能参数及流量调节需求的可调导叶的形式。

关键词：变循环发动机核心机驱动风扇级工作模式常规可调导叶(CIGV) 可变弯度导叶(VIGV)

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双S弯喷管的流固耦合特性研究

推进技术 2022年第10期43卷 153-162页

作者：孙鹏周莉王占学史经纬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

为了明晰S弯喷管的流固耦合特性,数值模拟了流固耦合作用下双S弯收敛喷管的结构变形特征及其内/外流特性。结果表明:S弯喷管的圆转方弯曲构型产生了非均匀的流场分布,并增强了结构的弹性特征,通过交换气动载荷与变形位移数据形成了S弯... 详细信息

为了明晰S弯喷管的流固耦合特性,数值模拟了流固耦合作用下双S弯收敛喷管的结构变形特征及其内/外流特性。结果表明:S弯喷管的圆转方弯曲构型产生了非均匀的流场分布,并增强了结构的弹性特征,通过交换气动载荷与变形位移数据形成了S弯喷管流固耦合的作用机理。在气动载荷作用下,S弯喷管沿Y向的最大变形位移为25.3mm,位于喷管出口上壁面的中心位置。当喷管的结构变形稳定时,第二弯转弯处下壁面的气流加速至局部超声速,壁面静压大幅降低;第一弯下游上壁面附近形成了气流分离区;喷管出口喷流沿轴向向上偏转。流固耦合作用导致S弯喷管的流量系数减小0.6%,推力系数降低1.8%。

关键词：双S弯收敛喷管流固耦合特性结构变形内/外流特性推力系数

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S弯收扩喷管流动特性数值研究

推进技术 2021年第1期42卷 103-113,F0002页

作者：周莉孟钰博王占学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

为了研究S弯收扩喷管的流动机理,数值模拟了不同喷管落压比(NPR)和S形收敛管道出口面积比(A_(72)/A_(8))对S弯收扩喷管内流动的影响。结果表明:当S弯收扩喷管处于高度过膨胀状态时,随着NPR升高,非对称分离逐渐转变为对称分离,λ型激波... 详细信息

为了研究S弯收扩喷管的流动机理,数值模拟了不同喷管落压比(NPR)和S形收敛管道出口面积比(A_(72)/A_(8))对S弯收扩喷管内流动的影响。结果表明:当S弯收扩喷管处于高度过膨胀状态时,随着NPR升高,非对称分离逐渐转变为对称分离,λ型激波转变为马赫盘结构,气动性能下降,推力矢量角减小;随着NPR继续上升,激波从喷管内移动到喷管出口边缘,并逐渐转变为膨胀波,气动性能上升,推力矢量角减小至0°后保持不变。在完全遮挡高温部件的低可探测准则的约束下,出口面积比A_(72)/A_(8)的变化主要对S弯收扩喷管收敛段的流动特性产生显著影响,体现在S弯收扩喷管内的局部加速及二次流分布。S弯收扩喷管的气动性能随着A_(72)/A_(8)增大而提高,但当A72/A8增大至1.8时,第一弯管道出口上壁面发生流动分离,气动性能显著下降。

关键词： S弯收扩喷管流动特性气动性能喷管落压比出口面积比

基于内嵌物理约束神经网络模型的航空发动机数字工程模型

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推进技术 2023年第11期44卷 49-60页

作者：林志富肖洪王占学张晓博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

基于数字化模型的航空发动机故障诊断与健康管理系统是航空发动机数字化智能化的重要应用,用于航空发动机状态监测和性能预估的数字化模型是健康管理系统的核心之一。本文给出了一种融合航空发动机领域知识与神经网络模型的策略,构建了... 详细信息

基于数字化模型的航空发动机故障诊断与健康管理系统是航空发动机数字化智能化的重要应用,用于航空发动机状态监测和性能预估的数字化模型是健康管理系统的核心之一。本文给出了一种融合航空发动机领域知识与神经网络模型的策略,构建了内嵌物理约束的神经网络架构,基于该架构建立了用于航空发动机推力预估的数字模型。此外,给出了一种特征筛选方式,并利用不同数据集对模型进行了验证。计算结果表明:数字模型推力预估的平均相对误差和峰值相对误差均小于常规神经网络模型。在一定的模型规模下,基于架构的数字模型的峰值相对误差仅为常规神经网络模型的1/4。通过物理约束,克服了数据驱动模型对大数据的依赖,指导了神经网络层的超参数设置。

关键词：航空发动机数字工程模型内嵌物理约束神经网络性能参数预估特征处理

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出口宽高比对双涵道S弯喷管流动特性的影响

推进技术 2022年第6期43卷 117-127页

作者：孙鹏周莉王占学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

为了明晰出口宽高比对基于真实排气混合器构型的S弯喷管流动特性的影响机制,数值模拟了不同出口宽高比下的双S弯喷管内/外流特性。结果表明:出口宽高比对排气混合器附近的流场特征影响较小,但增加出口宽高比导致喷管下游纵向转弯处的涡... 详细信息

为了明晰出口宽高比对基于真实排气混合器构型的S弯喷管流动特性的影响机制,数值模拟了不同出口宽高比下的双S弯喷管内/外流特性。结果表明:出口宽高比对排气混合器附近的流场特征影响较小,但增加出口宽高比导致喷管下游纵向转弯处的涡量减小,而涡的横向运动更加剧烈,由此带来的涡损失及内/外涵掺混损失沿纵向有所减小,沿横向持续增大。随着出口宽高比的增加,纵向两弯处及等直段区域的壁面剪切应力减小,相应的摩擦损失和局部损失降低;而上、下壁面极限流线的扩张-汇聚程度增强使得该区域的摩擦损失增大。宽高比的增加导致喷管出口附近气流的轴向速度逐渐增大,出口下游的尾喷流速度核心区长度逐渐缩短。不同出口宽高比条件下,喷管几何构型与排气混合器相互作用产生的多种流动损失的变化趋势相反,综合起来对S弯喷管的气动性能影响较小。

关键词：双S弯喷管流动特性排气混合器宽高比气动性能

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基于多代理模型的航空发动机建模及优化方法

推进技术 2021年第12期42卷 2684-2693页

作者：叶一帆王占学张晓博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

为了进一步提高组合模型的模型精度,提升基于代理模型的优化方法的性能,本文发展出了一种新的平均组合代理模型,并将其与EGO优化方法相结合,通过六个解析算例对本文发展的建模方法和优化方法进行了测试。结果表明:本文发展的建模方法相... 详细信息

为了进一步提高组合模型的模型精度,提升基于代理模型的优化方法的性能,本文发展出了一种新的平均组合代理模型,并将其与EGO优化方法相结合,通过六个解析算例对本文发展的建模方法和优化方法进行了测试。结果表明:本文发展的建模方法相较于现有方法精度更高,所发展的优化方法相较于经典代理模型优化方法算法收敛性更强。同时变循环发动机稳态性能建模及加速燃油控制规律优化实例表明,本文发展的方法在处理实际工程问题时依旧可以表现出良好的算法性能。

关键词：燃气涡轮发动机建模方法优化方法多代理模型技术稳态性能建模燃油控制规律优化

不同封严冷气流量下高压涡轮轴向轮缘密封非定常封严特性研究

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工程热物理学报 2024年第8期45卷 2312-2320页

作者：史旭阳吴艳辉李紫良周小兵西北工业大学动力与能源学院西安710129 陕西省航空发动机内流动力学重点实验室西安710129

高压涡轮轮缘密封特性会直接影响高压涡轮性能。本文采用经过实验数据验证的高精度数值方法研究了封严冷气流量对高压涡轮轴向轮缘密封非定常封严特性的影响。研究表明:盘腔封严效率随着封严冷气流量的增大呈现增加的趋势,但其提升率随... 详细信息

高压涡轮轮缘密封特性会直接影响高压涡轮性能。本文采用经过实验数据验证的高精度数值方法研究了封严冷气流量对高压涡轮轴向轮缘密封非定常封严特性的影响。研究表明:盘腔封严效率随着封严冷气流量的增大呈现增加的趋势,但其提升率随封严冷气量进一步增加而减小;封严冷气出流会影响涡轮端壁处流场的不均匀性,其对封严间隙处涡轮周向静压力分布的不均匀性影响很大;转子的旋转使得导叶尾缘与动叶前缘的相对位置出现“脱离–交互”现象,从而导致燃气入侵区域发生对应的“分离–融合”。在封严间隙内,入侵燃气与封严冷气相互作用会形成燃气入侵涡(GIV)以及混合诱导涡(MIV),其径向位置、大小、强度和周向分布规律会直接影响高压涡轮轴向轮缘密封非定常封严特性影响。封严冷气流量通过影响MIV的径向位置和大小会影响封严间隙内的封严效率;封严冷气流量通过影响GIV在周向上的分布规律和强度从而影响封严间隙处端壁流场的周向不均匀性和燃气入侵的非定常过程。

关键词：轴向轮缘封严封严冷气流量封严效率燃气非定常入侵燃气入侵涡混合诱导涡