航空发动机转子叶尖间隙测量

简述了航空发动机转子叶尖间隙控制的意义及作用,转子叶尖间隙设计选择的依据.以某型风扇和某型高压压气机转子叶尖间隙测量为例,具体分析了间隙对性能的影响作用和变化规律,论证了间隙测试技术作为一种指导和验证手段在工程应用中的重要作用.     

热致轴向窜动引发的双盘转子扭转振动分析

以航空发动机整机系统的结构特点及复杂的运行环境为研究背景,运用Lagrange方法建立双盘转子在不平衡激励和轴向窜动影响下的弯扭耦合动力学模型;针对温度非均匀分布以及热膨胀性质引起的转轴轴向窜动,导出转/静盘面接触时环带面摩擦力与摩擦力矩表达式;最后采用4阶Runge-Kutta方法对系统进行数值求解.对系统进行动力学分析的结果表明,对于非对称双盘转子结构,热膨胀所积蓄的温度内力引发的转子轴向窜动将改变转子系统的固有特性,所产生转静件盘面环带面摩擦力与力矩,是造成转轴扭转振动的关键因素之一.     

小型轴流风扇内外部流场的数值研究

小型轴流风扇的性能及降噪研究建立在流场研究的基础之上。通过对风扇VD8025的Fluent数值模拟,展开了其内外部流场的分析研究,结论如下：在叶片吸力面（非工作面）侧存在主要由边界层分离引起的分离涡,在叶片压力面（工作面）侧顶部间隙存在二次流引起的叶顶间隙涡,沿轴向存在有限叶高诱导双旋涡。对风扇内部流场的速度分布进行了定量分析,分析的结果说明了上述旋涡等流动情况的存在。由风扇出口管道速度分布的定量分析可得,对于所研究的风扇,距离风扇出口120 mm处为排风最佳位置。     

轴承预紧力对转子系统静动态特性的影响

轴承预紧力的大小直接影响到滚动轴承-转子系统的静动态特性. 综合考虑离心力和陀螺力矩效应,在Romax软件中建立了5自由度轴承-转子系统动力学模型,分析了预紧力对轴承刚度、工作接触角以及工作寿命的影响,并搭建了轴承 转子系统试验台做验证试验. 在不同轴承预紧力下,分别研究了轴承刚度、工作接触角、工作寿命、静载荷作用下轴承 转子系统的静变形以及动不平衡载荷作用下主轴系统的振动响应等,并在轴承-转子试验台上进行试验验证,得到了轴承预紧力与这些因素的关系曲线. 在此基础上,研究了预紧力对转子系统固有频率的影响,结果表明加大预紧力有助于提高系统的固有频率. 研究结果可为轴承-转子系统的设计与分析提供理论参考.     

带有弯曲静子的压气机数值仿真

针对某两级低速轴流压气机第一级静子通道小流量范围内存在轮毂-角区失速现象,为了提高压气机的效率,采用计算流体力学方法,对第一级静子进行了不同的弯曲变化数值仿真,分析研究了静子弯曲对压气机性能和轮毂-角区失速的影响。结果表明,弯曲叶片能够通过改变静子轮毂表面静压分布,减缓低能流体的横向流动,从而有效地抑制小流量范围内的轮毂-角区失速,压气机的压比和效率得到较大的提升。     

某离心叶轮叶尖与外罩工作间隙仿真及测试验证

针对叶轮机械叶尖间隙控制在性能与安全之间的平衡问题,提出一种分别对转静子进行变形仿真计算以对间隙进行预测的方法。通过采用电容式间隙传感器对试验件工作状态间隙进行实时监测的数值对比,从而验证仿真结果,并发现仿真结果与实际情况的差异。结果表明,仿真结果基本再现了试验测试间隙的变化趋势,在进口处也有较好的重合度,但对于高转速,尤其是高转速出口间隙的预测存在一定误差。     

串列静子叶片流动机理研究

提高级负荷水平一直是压气机气动设计领域不断追求的目标。串列叶片可以突破常规布局气动负荷的限制，且具有良好的工程应用前景。为了探索串列叶片三维流动机理及前后排相互影响机制，利用数值模拟方法对来流马赫数为0.8的串列静子叶片近端壁流动特性展开研究，分析了前后排相互影响机制，主要是针对前/后排叶片单排工作与串列条件下进行对比。通过研究表明，以后排叶片势作用、缝隙射流、尾迹扩散为代表的典型流动现象显著地影响了前后排叶片的扩压过程，进而影响了气动负荷沿流向的分配及端壁损失，串列静子近端壁的气动设计需要考虑前后排相互干涉的影响。     

超声挤压轴承 转子系统动力学特性研究

现代旋转机械中转静子之间的相对转速越来越高、间隙越来越小,因此,如何有效地减少转静子接触面间的摩擦具有重要的意义.由于超声波悬浮技术的快速发展,超声挤压轴承逐渐被应用在小型或微型的旋转机械上.近场超声悬浮效应作为一种减少振动的方法,具有超声悬浮、超声减摩等作用.超声挤压轴承是由压电陶瓷矩形薄片与金属铝薄壁圆筒组合而成;利用ANSYS软件对压电换能器进行了模态分析,得到其振型及谐振频率,由此确定压电换能器最佳工作的形状尺寸及频率.从气体润滑原理出发,推导出气体挤压膜雷诺方程,并运用有限差分方法对其进行简化求解.通过求解分析出当给定超声波频率时,超声悬浮力与悬浮间隙、超声波振幅等因素有关,其关系如下:超声挤压轴承的悬浮力随着悬浮间隙的增大而逐渐减小;随着超声波振幅的增大而逐渐增大.当超声频率一定时,探究超声轴承在不同悬浮间隙和不同超声振幅条件下对超声挤压轴承-转子系统的影响,对其进行动力学分析;之后又采用单一变量法进行试验研究证明其正确性.结果表明:该轴承可以达到稳定工作的效果,在压电换能器的谐振频率下工作时效果好且更加稳定.     

某高压涡轮时序效应的数值仿真研究

研究提高涡轮机性能问题,如何提高叶轮机械气动效率一直是人们普遍关心的问题,将研究时序效应技术用于提高涡轮气动性能.采用商业软件CFX11.0进行数值仿真,在一个栅距内改变第二级静叶相对第一级静叶的周向位置,结果发现涡轮效率也随之发生改变,分析涡轮非定常时均流场发现,不同的时序位置,第一级静叶出口流场几乎没有变化,时序效应主要影响第二级静叶出口流场,在叶尖和轮毂区,最小效率和最大效率时序位置均表现出较高的损失,然而沿第二级静叶径向,对应最小效率时序位置栅距平均的总压损失系数明显要高,通过数值仿真,结果表明,可以找到最优叶片排列方式,改进涡轮性能和提高涡轮效率.     

动态来流及塔影效应对风力机尾迹特性影响研究

台风是风力发电机组的主要故障因素之一。针对正常风况和极端风况进行了UDF建模,得到的动态来流模型还考虑了阵风及极端风向变化情况,基于FLUENT采用滑移网格技术和RNG 研究了动态来流及塔影效应对风力机下游尾迹特性的影响。结果表明：通过UDF编译的动态来流与理论值完全吻合,验证了UDF的正确性;风机前端来流的随机波动会引起风力发电机输出功率波动,尾迹结构出现形变。此外,扭矩以及功率受风机塔影效应影响而下降,塔架表面升力突变,进而影响塔架疲劳寿命。数值计算的结果对风力机组结构设计和风电场机组阵列分析具有重要参考价值。     

CS1000在轴流风机防喘振控制上的应用

公司炼油一部催化裂化装置轴流风机原防喘振控制系统,使用SMAR公司的多回路智能调节器CD600来实现。该装置进行MIP工艺技术改造后,需要提高主风机出口压力,因此轴流风机增加一级叶轮,机组的性能曲线也随之变化,防喘振调节器需要重新设计。为了更好地控制防喘振,同时给工艺生产操作人员提供一个友好的操作界面,将CS1000系统应用于防喘振控制。     

轴向柱塞泵流动特性多尺度自动检测仿真研究

现有的轴向柱塞泵流动特性自动检测方法不能满足用户对流动特性检测准确率、漏检率的要求。为了满足用户的需求提出了一种基于多尺度角点的柱塞泵流动特性自动检测方法,利用求解油液体积弹性的方式获取单柱塞油液特性方程,通过该特性方程完成对单柱塞腔内的流动特性模型的创建,由于实际的柱塞泵有多个柱塞,所以在柱塞泵整体模型中需要利用配流盘过流面积变化引起的节流效果完成配流,控制整个柱塞泵的高低压流量变化。通过创建的柱塞泵整体模型获取轴向柱塞泵角点特性,利用马氏距离获取初始的匹配特性点对集合,根据方差检验找出偏差匹配点对,反复执行这个步骤,直至匹配点对数不再减少,完成对轴向柱塞泵流动特性的多尺度自动检测。实验结果证明,所提方法能够快速、准确的完成对轴向柱塞泵流动特性的检测,并且漏检率要比当前采用的方法相对低一些。     

离心泵叶轮轴面流道设计

因为Bezier曲线的性质,用五点四次Bezier曲线来构造叶轮轴面流道中线.确定流道中线后,给定过流断面面积变化规律,根据中线位置推导前后盖板型线,并将其作为流道的两条流线.得到初步的轴面流道后,通过校核过流断面面积来进行修正,直到得到满意的结果.假设液体在同一过流断面上轴面速度相等,对轴面流道进行分割,确定分流线的位置.计算机编程计算表明,方法易于控制和修改轴面流道形状,具有比较高的实用价值.     

轴流压气机转子叶顶间隙流动结构及机理研究

研究某轴流压气机叶顶复杂流动问题,为深入了解压气机叶顶泄漏流流动机制和引发失速的机理,对一亚音速轴流压气机进行全工况数值仿真与试验测量。提出通过对比试验数据和分析泄漏流的流动特性,随着压气机负荷的提高,泄漏流方向的改变引起叶顶堵塞区增大,并诱发压气机失速。采用不同工况下叶顶流场进行仿真对比分析。仿真结果表明,泄漏流与主流相互作用形成泄漏涡,距前缘40%弦长范围内泄漏流影响泄漏涡形态变化,其余部分泄漏流主要通过周向输运低能流体进一步堵塞通道;叶顶压力分布是决定泄漏流方向的主要因素。     

高负荷跨音速轴流压气机的叶型优化设计

研究轴流压气机优化设计问题,在高负荷跨音速轴流压气机相应的叶型优化设计工作中,针对压气机等熵效率过低,由于转子叶顶通道出现流动分离,导致损失过大。为提高等熵效率,结合人工神经网络与遗传算法对压气机转子的吸力面50%叶展以上叶型进行调整。优化后的新叶型可以有效地改善叶顶流动结构,抑制分离,在总压比基本不变的情况下使压气机峰值效率提升约1.7试验证明,叶型优化设计有显著效果,同时也指出了单一优化方案的局限性。     

Sound field analysis and simulation for fluid machines

Fluid machines, such as pumps, fans, and internal combustion engines, are widely used in duct systems for air-conditioning, cooling, ventilating, heat releasing, and dust collecting. Vibration and noise will be created when the fluid machine works with fans at various rotating speeds. Noise problems associated with fan installation are a concern in fluid machines. Methods to analyze the sound field and simulation of fan installation are, therefore, important for the design to reduce the noise output from fluid machines. The sound field is simulated by using the boundary element method (BEM), which is a numerical technique to reduce the boundary integral equations using the fundamental solution and Green’s transfer functions, for sound field analysis in this paper. For the sound field analysis, the geometry of the fluid machines (the axial fan and centrifugal fan) and the acoustic properties are modeled in Beasy software based on the boundary element method technology. The 1/1 octave frequency band from 63 Hz to 8 kHz ranges are selected on sound field analysis. The sound pressure of the fan and the motor in each octave band are calculated by the parameters of rotating speed, flow volume, horse power and number of blades used. The results show that there is a high level sound pressure inside the housing of the axial fan due to the sound source located there. The higher sound pressure level is observed on both the inlet and outlet. The results for the centrifugal fan are the higher the frequency, the heavier energy that is found to radiate around the sound source.     

基于斜盘交错角的柱塞泵流量脉动研究

为了减小液压系统的噪声排放,必须减小来自泵源处的流量脉动。采用斜盘交错角的柱塞泵结构可以有效降低柱塞泵出口的流量脉动。交错角通过改变柱塞在轴向方向上的运动规律来影响柱塞在三角槽过渡区的压缩体积。通过分析发现交错角每增加1°,过渡区压缩体积增加0.084mL。使用PumpLinx软件计算不同交错角下的单柱塞腔出口流量。发现交错角越大,柱塞腔内的倒灌流量越小,但会增加柱塞腔内的压力超调量。最后通过PumpLinx软件计算交错角柱塞泵在不同转速、压力下的出口流量,得出合适的交错角大小。     

小型轴流压气机清洗两相流场的数值模拟

针对某小型航空发动机单级轴流压气机的清洗需求,以数值模拟结合实验的方法对压气机清洗流场的各种参数进行了分析研究.在初步确定清洗方案的基础上,建立了基于S-A湍流模型的离散相数值模拟理论模型,以经验公式估算喷嘴形成的初始液滴分布,并对喷嘴的实验参数进行了校准,最后以CFD软件进行了流场的数值模拟,计算结果表明：清洗液滴不会对压气机的流场产生明显影响,平面扇形喷嘴在该小型压气机上能获得较好的清洗效果.     

Output Feedback Control of Surge and Rotating Stall in Axial Compressors

Active control has been widely studied to expand the stable operating range of axial flow compressors in aero‐engines.In this paper, a nonlinear active state feedback controller is proposed first based on bifurcation analysis results of MG model.Then by taking pressure ratio as output parameter, a state observer is designed to estimate the compressor's flow coefficient. An output feedback controller is thus established by combining the observer with the state feedback controller.Finally, digital simulation shows that the proposed output feedback controller not only eliminates the hysteresis loop associated with rotating stall and emergence of surge, but also extends the stable operating range of axial flow compressors effectively.Furthermore, being flexible in using pressure transducer and throttle valve as sensor and actuator respectively, which have been equipped in common engines, the proposed controller has good applicability.