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。

针对液压机械式压差伺服系统正向设计的难点,提出压差伺服系统的差分进化H∞优化设计方法。通过建立状态空间模型,并设计差分进化H_∞频域优化指标,提出一种压差伺服系统的动态设计方法;在此基础上,完成了压差伺服系统镇定、伺服控制规律的优化设计,并进行系统级仿真。仿真结果表明,压差伺服系统稳态特性满足0.92±0.01 MPa,静态误差小于1%,动态调节时间小于0.01 s,超调量小于10%,相角裕度大于70°,20 Hz正弦波动输入信号的干扰下具有鲁棒抗干扰性能。

为了支撑服役环境下压气机气动性能的评定,通过数值仿真研究了叶尖掉块对跨声速压气机转子气动性能的影响规律和机制。首先利用实验结果对数值仿真方法进行校验,验证了方法的可靠性,进一步对不同形式叶尖掉块下压气机气动性能进行了仿真分析。研究结果表明转子叶尖掉块会使得压气机正常工作状态下压比和效率略有降低,导致压气机近失速点流量明显增大,单一叶尖掉块对应压气机流量稳定裕度下降41.7%;在大流量工况下压气机气动性能与掉块叶片的相对位置并无直接关联,但在近失速点,掉块叶片不相邻时会使得对压气机压比和效率下降更多,但近失速点流量对掉块叶片相对位置的变化并不敏感;转子叶尖掉块会增强叶尖区域泄漏流动,强的泄漏流动与叶片通道激波发生相互作用会引起泄漏涡的破碎,引起较大的流动堵塞和损失,导致压气机气动性...

叶轮机械颤振是航空发动机、燃气轮机安全运行的重要威胁,一旦出现将严重影响设备的安全性并降低使用寿命。但颤振发生机理复杂,影响气弹稳定性参数多,流动结构和关键参数相互耦合,因此颤振一直是叶轮机械的研究难点。本文从颤振发生机理的角度,重点综述了近十年来关于颤振发生机理的新发现和新进展,其中包括流动结构、振动模态以及声波传播与反射等方面。在此基础上,结合工程实际简要总结了颤振抑制方法,以及不同方法的应用可行性。最后结合作者的思考,提出了叶轮机械颤振研究的重点方向。

叶片弯掠技术在叶轮机械设计中的应用,使叶片通道流场的稳定性得到了明显改善,叶轮机械的工作效率得到了显著提升。结合近年来在叶片弯掠气动技术领域开展的研究,详细综述了国内外叶片弯掠技术在叶轮机械设计中的研究进展。首先,回顾了叶片弯掠气动技术的发展历程,将叶轮机械叶片的设计分为3个阶段,分别是直叶片、扭叶片和以弯扭掠为主要特征的空间叶片,并指出以弯扭掠为主要特征的第3代叶片虽然已经得到应用,但仍有很多问题还没有完全解决。然后,分析现有研究中对叶片弯掠的定义,指出其本质均是在直叶片的基础上,通过移动叶型积叠点的位置使叶片产生弯曲或扫掠的效果,进而拓展叶片的设计空间。其次,综述了叶片弯掠对流场的影响,并归纳总结其作用机理是通过改变叶片对气流的作用力在径向的分量,实现叶片载荷和流量沿叶展的再...

简要介绍了叶轮机内非定常流对叶轮机性能的重要影响,总结了叶轮机内动静相干和叶片振动诱发的非定常流的时空周期性特点,并指出这些时空周期性特点可以加以利用,发展分析这些非定常流的高效降阶数值计算方法。本文根据不同数值降阶方法的特点对其进行了归类,详细分析了各自的优缺点及在气动弹性力学领域的应用,并进一步展望了降阶数值方法在未来的几个关键技术及发展趋势。

为了探究低雷诺数Re下粗糙度Ra对一高亚声速压气机叶型气动性能的影响,在其吸力面布置三种粗糙度分布,每种分布对应15种粗糙度大小。在Re=1.5×10^5时,利用数值模拟手段详细对比了不同粗糙度分布及大小下压气机叶片吸力面边界层分离、转捩规律,揭示了低Re下粗糙度调控压气机叶型边界层发展特性的机理。研究表明,三种粗糙度分布下,叶型损失随粗糙度大小的变化趋势类似。在转捩粗糙区,吸力面分离泡"位移效应"对叶型性能的不利影响随粗糙度增大而被抑制乃至完全消除,Ra=157μm时叶型损失最大分别降低10.16%,16.4%,15.58%;在完全粗糙区,随粗糙度进一步增大,强烈的湍流耗散作用反而致使叶型性能不断下降。在整个粗糙度大小范围内,粗糙度布置在吸力面前缘到转捩点之间时对边界层调控效果较好,能够较大限度地提升低Re下压气机叶型的气动性能。

为了研究周向弹簧力分布形式对密封装置密封性能的影响,针对周向弹簧建立力学模型,分析周向弹簧力不均匀分布形式产生的原因,并对其不均匀分布的临界范围进行预测分析,建立泄漏预测模型对密封结构的密封性能进行研究。首先对密封装置主要结构进行受力分析,研究周向弹簧不均匀加载对密封结构变形的影响,再结合ANSYS软件对圆周密封装置主要部件进行结构-热耦合仿真计算,进而通过仿真分析验证理论分析的合理性。仿真结果表明:不均匀周向弹簧力产生的附加力矩使得密封环翘曲变形,主密封面径向接触间隙最大位置出现在密封环的接头区域;相比弹簧力分布均匀条件,当弹簧力分布形式的不均匀程度处于临界范围内时,接触间隙增加了24.52%,气体泄漏量增加了7.99%;当弹簧力分布形式的不均匀程度处于临界范围外时,接触间隙值呈倍数增加,气体泄漏量...

为了准确预测离心泵双密封环平衡系统的泄漏特性,通过分析该平衡系统的几何特征和液体流动特点,对其主要过流部件进行简化,将泵腔液体流动简化为由圆周剪切流和径向压差流叠加而成的轴对称二维粘性层流运动,同时将密封环间隙液体流动简化为两平行平板间的定常不可压缩粘性流体层流运动。然后,利用N-S方程分别建立了泵腔和密封环间隙的液体流动模型,并通过泄漏量相等建立了双密封环平衡系统泄漏量预测模型。为了验证该预测模型的可靠性,以IS80-50-315型离心泵为模型,对不同工况下的双密封环平衡系统泄漏特性进行实验测量,并与预测结果进行比较。结果显示,在不同平衡孔直径和密封环间隙条件下,预测结果与实验数据的相对误差在设计工况下均小于3%,在非设计工况下均小于10%。研究表明,不仅在设计工况下,而且在非设计工况下,本文提出的预...

为了研究含裂纹航空液压直管的振动响应特性,防止液压管路系统出现灾难性失效,针对液压直管可能出现的斜裂纹故障,考虑剪切力以及剪切系数的影响,推导出斜裂纹液压直管的局部柔度系数表达式,从而建立斜裂纹液压直管流固耦合有限元模型。利用Newmark-β积分法求解了液压直管的振动响应,将数值计算结果与试验测试结果对比分析,验证了有限元模型的正确性。利用本文模型分析了裂纹夹角和柱塞泵转速对液压直管系统振动响应特性的影响,结果表明:裂纹夹角的变化会影响液压直管的振动响应,当裂纹夹角趋于0°时,液压直管的振动响应幅值最小,随着裂纹夹角的增加,裂纹对液压直管振动响应的影响更显著;在不同的转速下,横向裂纹液压直管的振动响应幅值均大于斜裂纹液压直管。