为了使航空发动机高空模拟试车中的液压加载试验智能高效地运行,完善并优化其试验平台,提出一种基于轻量化建筑信息模型(BIM)的液压加载试验智能管控技术。建立了支持管控平台运行的高空台液压加载试验软硬件协同运行架构,提出了基于WebGL的数据在Web端3维模型上实时展示的技术,以提高试验操作人员对试验进行监测的直观性。所设计的智能管控平台同时集成了试验设置与试验操作、数据管理、试验过程分析、故障诊断分析等功能。结果表明所提出的基于轻量化BIM的智能管控技术可使试验操作人员直观、便捷、高效地进行试验流程管控、数据综合管理、设备健康状况分析,提高了高空台液压加载系统试验的智能化、自动化水平。

为了进一步提高风扇/压气机的负荷水平,对串列叶片进行了研究。采用理论方法分析了串列叶片相对于常规叶片的负荷优势区间,并利用低速大尺寸压气机试验台进行了对比试验验证。结果表明当负荷系数大于0.46时,串列叶片表现出明显的优势,可以将负荷系数为0.46作为串列叶片优势区间的临界点。采用数值模拟方法分析了亚声速和超声速串列叶型前后排的相互影响机制,总结了串列叶型流动控制原则和优化设计思路,给出了典型亚声速和超声速叶型的优化设计结果。结果表明优化后的亚声速和超声速串列叶型设计点损失分别减少了6%和20%,可用攻角范围分别拓宽了2°和0.5°。完成了负荷系数为0.4的双级风扇串列叶片出口级方案设计论证。结果表明与常规方案相比,在常用转速范围内,串列叶片方案的压比明显提高,中低转速堵塞流量和等熵效率也明显提高。...

为了满足某高超声速涡轮发动机巡航工况(Ma=3.2)性能要求,在某8级轴流压气机方案基础上,针对压气机在该工况对应转速(相对换算转速0.748)下流通能力不足问题进行设计优化。通过创建多级压气机1维分析设计平台,采用试验设计方法分析并确定了对压气机低转速性能影响较大的关键参数,基于模拟退火寻优算法完成对多级压气机气动布局的重构;通过采用宽范围低损失多段圆弧中弧线设计、高流通转子叶型设计、低转速可调静子安装角优化及各级攻角匹配优化等措施,完成了8级压气机方案的改进设计。结果表明在巡航工况(Ma=3.2)下,8级压气机效率和喘振裕度分别提高了0.7%和17.4%,验证了多级压气机设计优化方法的有效性,可为高超声速涡轮发动机压缩部件设计和研究提供参考。

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。

针对脉冲爆震发动机涡轮部件对剧烈时变来流条件和爆震波的非定常响应问题,对脉冲爆震发动机典型工况下某单级涡轮开展了3维非定常数值仿真,详细讨论了脉冲爆震环境对涡轮流通能力、作功能力、流动损失、温度分布及受力等关键气热特征的影响。结果表明爆震波在导叶上游的传播和反射会显著影响涡轮的瞬态流通特征,导致涡轮进口流动在正向和逆向间反复变化;爆震波压缩作功使进口温度大幅升高,而导叶反射波则会使流体温度进一步升高,甚至超过来流温度的峰值;转静子叶片轴向间隙内呈现复杂的爆震波干涉与反射结构,在此影响下所研究的涡轮转子来流攻角变化范围超过100°,从而引起涡轮流通能力、流动结构及损失的剧烈时序变化;在爆震波的冲击下,涡轮导叶排瞬态轴向力超过涡轮稳态设计点的120倍,周向负荷超过稳态设计点的40倍,涡轮动...

为研制某脉冲爆震涡轮发动机样机,根据总体设计要求设计了相应的空心轴转子-轴承结构系统。基于有限元法建立了该转子系统的理论分析模型,采用数值积分方法开展了考虑脉冲爆震非定常周期气动载荷作用的转子系统动力学特性计算。将在临界转速处转子的振动幅值最小化作为优化目标,以转子系统各阶临界转速与发动机慢车转速及工作转速之间的裕度作为约束条件,结合转子强度的相关要求,基于NSGA-II多目标优化算法对转子系统的支承位置、刚度及转子结构的几何参数进行了优化设计。结果表明优化后的转子-轴承系统满足总体设计要求,临界转速与工作转速之间的裕度超过20%,且保证了前3阶临界转速对应的振动幅值最小化。研究方法和结果可为脉冲爆震涡轮发动机转子系统结构设计和优化提供参考。

针对变循环发动机压缩系统多模式和多工况的工作特点，开展了核心机驱动风扇级（CDFS）多状态和多目标兼顾设计，CDFS、前涵道引射器和高压压气机气动一体化设计，大攻角范围、低损失可调导叶和静子设计。针对压缩系统的气动设计难点，在设计点选取、叶片造型、流场设计、调节规律设计方面提出了解决措施和优化方向。数值模拟与试验结果表明:实现了压缩系统在多模式下的性能兼顾，达到了预期的流量调节范围和涵道比调节范围，满足了设计指标要求。

针对导向叶片作动筒漏油故障,采用ANSYS WORKBENCH软件分析格来圈动密封性能。依据密封理论通过分析接触压力,发现了结构、材料及间隙等关键因素,模拟了活塞杆-保护圈、保护圈-密封圈、密封圈-密封槽之间的密封效果。计算结果表明在同等条件下,氟橡胶相对氟硅橡胶密封效果更优。采用Archard磨损理论进行校验计算,间接证明了仿真结果与实际情况较吻合,仿真结果与实际工作时间误差为14.8%,具备较高的可信度。最后提出提高动密封性能应从提高接触面的光洁度入手,从而达到降低磨损的目的。

动密封技术是航空发动机关键技术之一,对发动机整体性能具有重要影响。气膜密封结构是一种性能先进、潜力巨大的航空发动机密封型式。介绍了几种典型气膜密封结构的工作原理、结构特点和发展历程,分析其在航空发动机上应用中的存在的优势和问题。从理论研究、试验研究2方面综述了国内外气膜密封技术的发展现状。对航空发动机气膜密封技术的发展现状和需要关注的研究方向进行了总结,表明气膜密封是航空发动机密封技术中具有巨大发展潜力的重要方向,但已有的大部分气膜密封技术尚不能满足高性能航空发动机的技术需求,仍需要加快相关基础技术的研究与发展。

为了提高航空发动机刷式密封结构仿真的时效性与适用性,通过CFD计算获得了20个2级刷式密封结构的泄漏量和级间压比训练样本,对设计的神经网络进行训练和数据泛化预测,获得50组上下游刷丝排数和保护间隙组合下的泄漏率、级间不平衡性数据,并讨论了三者的影响及刷丝排数和保护间隙之间的耦合作用。结果表明:7次即可完成神经网络的训练。通过预测数据发现,仅下游参数变化时,随着刷丝排数的增加,保护间隙对级间压比的影响减小,随着保护间隙的减小,刷丝排数对泄漏率的影响也减小;而仅上游参数变化时,参数对级间压比的耦合性不明显。通过泛化数据进行参数优选,泄漏率可达30.688 N•m3/h,基本消除级间不平衡,且密封性能较好。所建立的神经网络适用于预测具有明显耦合性的2级刷式密封结构流动特性。