发动机气路故障诊断是发动机故障诊断的重要部分,国外目前主要通过软件分析气路数据,进而判断故障.但是,国内的气路分析软件还较少,专业化的分析软件设计有着重要意义.本文归纳航空发动机故障诊断的各种理论,在各个气路故障诊断方法中选取基线法为参数处理方法.然后,明确软件整体设计思路,将其分为四部分:气动数据处理、气动数据查询、数据库操作、气路数据绘图分析.第一步将气动数据整理后导入Access;第二步编辑软件,实现气动数据查询;第三步,完善数据功能,实现气动数据修改;第四步,利用基线法,对气路参数绘图分析.

为了解决航空发动机流道内上下游干涉带来的计算量大的问题,提出了一种边界替代降阶模型方法。该方法辨识出研究流域与相邻的上下游流域交界面的气动力降阶模型,并耦合到该研究流域仿真模型的交界面上,用以表征上下游对该流域的影响,由此将多流域计算转化为单流域计算,同时又考虑了上下游的影响。采用一阶Volterra级数降阶模型实现了该方法。结果表明,采用本文方法和所有流域都采用CFD得到的压力和速度一致;本文方法所用的网格更少,可以加速收敛和提高计算速度。

以高负荷两级风扇为对象,采用数值模拟方法研究了静子周向限位失效对风扇气动性能的影响机理。比较分析了不同失效转速和不同失效级对其气动性能的影响程度,归纳总结了静子限位失效对压缩部件气动性能的影响规律。结果表明静子周向限位失效将造成静子叶排产生一定的轮缘速度,影响自身的进出口气流角、流通能力和损失特性,以及级内和级间的匹配状态,导致压缩部件的流量减小,压比裕度降低,温升效率提高;此外还将改变压缩部件各级加功量的分配和流场特征的分布,导致级间原有的匹配失谐。静子周向限位失效的影响范围受上下游参数传递特征的限制,仅局限于上游相邻的转子叶排和下游转静子叶排。与前排静子限位失效相比,后排静子限位失效对风扇气动性能的影响程度相对较小。

为研究受到鸟撞前后压气机气动性能的变化,提出了鸟撞叶片结构-气动分析几何模型的转化流程,基于NASA Rotor37转子得到了鸟撞变形叶片几何模型,分别建立了鸟撞前后的全通道气动性能CFD计算分析模型,在设计转速下开展了全3维黏性流场数值模拟,并与Rotor37转子部件气动性能试验数据进行了对比分析。结果表明模拟结果与试验结果非常接近,证明了该数值模拟方法有效;鸟撞后叶片变形区域攻角增大导致的局部气流分离及并发的气流低速流动的耦合是转子气动性能恶化与转子进入失稳工况的主要原因,含鸟撞变形叶片的转子压比、效率等气动性能参数明显降低,稳定工作边界明显缩小。所发展的气动性能数值模拟方法与流程可有效地预估含变形叶片的压气机稳态气动性能。

为满足航空发动机旋转失速和喘振失稳信号的实时监测需求,探讨了试验测量和机载测量失稳判别信号测量方法,两种使用场景均须考虑测压管路响应频率。分析了喘振和旋转失速过程中的压力脉动特征,喘振信号频率与发动机容腔大小相关,旋转失速信号频率与转子转速及叶片构型有关。提出了失稳测量频率响应需求,建立了由管路和传感器容腔构成的测压系统单自由度二阶模型,研究了管路气动耦合频率与声速、管路长度、管路内径、传感器容腔的关系,根据工程经验给出了管路规格设计流程,提出的“四分之一波长法”对管路频率响应精度可控制在2%范围内,可在工程上实现快速估计。当管路频率响应不满能足要求时,可通过减少管路长度的方式显著提升失稳测压系统频率。

横向射流是降低航空发动机尾喷流在3~5µm波段上红外辐射特征的一种高效低阻的途径。本文以收敛喷管为对象,在喷口下游布置了一对上下对称的扁平横向射流孔,数值模拟研究了两股同频横向射流之间相位差(0°,90°和180°)对下游掺混与红外抑制的影响规律。结果表明,脉动横向射流诱导产生的流向涡强化了掺混,不同横向射流之间的相位差会使涡对出现的时间与空间复杂交错,可以充分卷吸气流,加强尾喷流与外界大气的掺混。而相位差的优化设计可以进一步提高涡对之间的掺混增益,增强红外抑制效果的作用。与Δφ=0无相位差状态相比,随着相位差增大,红外抑制效果逐渐增强。相位差为π时,掺混效果最好,高温区长度降低约14%,红外积分辐射特征最大降幅约13%,光谱辐射降幅最大可达21%,有效增强了对尾喷流的红外抑制。

航空发动机燃烧室涉及旋流、雾化蒸发、掺混、化学反应、湍流与火焰相互作用等多尺度强耦合物理化学过程,相关的高精度建模和数值模拟面临极大的挑战。超大涡模拟是近些年发展的兼顾计算精度、计算效率和强鲁棒性的数值模拟新方法,具备试验室尺度和复杂工程应用场景下湍流流动与燃烧仿真能力。针对航空发动机燃烧室相关流动与燃烧基本特征,阐述了超大涡模拟的理论方法及特点,从旋流流动、湍流燃烧、液雾雾化、碳烟生成、燃烧不稳定等典型多物理过程,以及双旋流模型燃烧室和高温升燃烧室气动性能集成仿真等方面介绍了超大涡模拟的研究进展,对涉及的物理机制进行了分析,为超大涡模拟在航空发动机燃烧室中规模化工程应用提供了坚实支撑。超大涡模拟在较低的计算资源消耗下具备与传统大涡模拟相当的计算精度,是一种经济可承受...

为了快速准确地实现航空发动机转子故障的分类与识别,提出了双阶自适应小波聚类方法。双阶自适应小波聚类过程是首先采用粗网格量化数据空间,找出存在聚类的空间区域,实现数据的预分选聚类;然后统计子聚类的信息,计算其二次聚类的量化值;最后对子聚类的数据空间进行自适应细划分,实现子聚类数据空间的小波聚类。应用双阶自适应小波聚类方法对航空发动机转子的正常、不对中、碰摩、松动故障进行分类与识别,结果显示9种类型被正确分类。因此表明,对于密度分布不均勻的多类型混合数据,双阶自适应小波聚类方法能够根据数据分布特点自适应的量化网格,实现故障的正确分类与识别,诊断精度显著高于传统的小波聚类方法。

针对国外维修保障系统的发展趋势,为转变国内航空发动机的维修方式, 提出一种航空发动机辅助维修系统.首先对辅助维修系统的研制需求、 研发方案和研究目标进行了描述, 并对其体系结构、 进程控制和接口关系等进行了系统设计.通过对辅助维修系统的设计研究, 一方面可以使维修人员在现场根据实际情况快速获取可视化资料和详细的技术数据,为自动化信息技术和电子化维修提供支持, 不再需要配备大量纸质技术资料; 另一方面, 可以记录、 收集和分析整机或部件的寿命、 状态有关的数据, 根据任务需求形成维护计划和备品备件清单.

针对某航空发动机地面试车台液压加载系统的老化现状进行了试车台液压加载系统的优化设计通过对比分析采用了适当的加载泵调节方式开发了基于组态软件和VB.NET的液压加载测控系统。通过对人机界面中发动机型号的选择调用模块化子程序对液压加载系统进行实时监控满足不同型号发动机的机载液压泵加载需求。试验结果表明:该系统具有较高的稳定性和可靠性以及良好的工程应用价值。