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。     

轴流压气机叶片优化仿真系统的开发

为了进一步提高压气机性能,需要对现有压气机叶片进行快速改型设计.为满足叶片快速改型设计的需要,着重论述了系统仿真原理、系统功能和实现方法,综合运用叶片造型、流场数值仿真和神经网络优化技术,采用面向对象、模块化等软件开发方法,设计并开发了一套叶片优化仿真软件系统,使其具备叶片造型设计、性能仿真和优化等功能,并给出了某叶栅叶片的优化改型实例.仿真结果表明,能改善压气机的气动性能、提高设计效率,较好地满足了压气机叶片优化仿真需求,具有良好的工程应用前景.     

跨声压气机转子进口总压畸变的数值仿真

研究燃气涡发动机问题,进气畸变会严重影响压气机的稳定性,针对目前对进气畸变问题研究的不足,为提高工作稳定性,利用全三维定常数值仿真方法研究了一跨声压气机转子在不同类型的稳态总压畸变入口条件下的特性,并对比分析了三种典型转速工况下稳态周向总压进气畸变对压气机转子的影响并进行仿真.仿真结果表明,在设计转速,相同进气畸变强度下,径向叶尖畸变时转子的性能和稳定性的降低最大,而径向轮毂畸变时转子的稳定裕度有所提高,证明系统的性能得到改善.     

单级轴流压气机数值仿真研究

压气机作为发动机推进系统的关键部件,部件的性能对发动机多项性能指标有决定性的影响.为了提高发动机的稳定性,需要对压气机数值模型进行研究.采用计算流体力学方法,空间离散格式采用二阶精度的高精度数值格式来求解雷诺平均的N-S方程.通过数值仿真数据和公布的通用压气机实验数据对比,在压气机数值计算中得到与实验一致的结果,并分析了湍流模型和动静叶交接面对压气机总性能数值计算的影响.结果表明,选择适当的模型可以使数值仿真更接近实验结果,对工程应用有一定的指导作用.     

跨音速轴流压气机叶片造型及数值仿真

针对跨音速轴流压气机的多圆弧叶片.提出了一种基于锥面展开面的叶片造型方法.设计了某型压气机第一级转子,通过三维粘性流计算软件NUMECA对此孤立转子进行了性能仿真,仿真结果与实验结果符合较好;分析了叶型厚度分布对转子性能的影响:采用标准厚度分布对叶片重新生成,并与多圆弧叶片进行了对比,结果表明用标准厚度生成的叶片更薄一些,性能也更佳;同时当叶型最大厚度的位置后移时,转子的稳定工作范围变宽,效率略有降低.     

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。     

轴流压气机旋转失速建模与检测II: 基于北航低速压气机试验台的实验研究

轴流压气机旋转失速和喘振的提前检测对于提高压气机工作效率和稳定性具有重要的意义.本文以北京航空航天大学航空发动机重点实验室的低速轴流压气机实验台为研究对象,基于确定学习理论及动态模式识别方法,开展旋转失速初始扰动近似准确建模和快速检测研究.首先,在压气机机匣壁面周向布置多个动态压力传感器,获取压气机失速前和失速先兆的动态压力信号,基于确定学习理论对旋转失速初始扰动的内部系统动态进行建模;其次,基于以上建模,利用微小振动故障检测方法实现对旋转失速的离线和在线提前检测.实验结果表明,本文所提方法能够在不同转速情况下,提前0.3 s~1 s实现对旋转失速的实时在线检测.     

轴对称物体空化绕流的数值研究

空化绕流是水中普遍存在的现象,会对物体周围流场造成很大阻力,进而改变物体的水动力特性,必须加以优化研究.为此提出用多相流混合模型并耦合自然空化模型,对圆盘空化器的超空泡流和典型回转体的部分空泡流进行了数值仿真,并与边界元方法、分析解和实验数据进行了对比分析,利用软件FLUENT6.2进行仿真,结果表明,所建立的空化流计算模型是可行的,可为相关水动力研究提供参考和依据.     

轴流压气机旋转失速建模与检测:基于确定学习理论与高阶Moore-Greitzer模型的研究

喘振和旋转失速是轴流压气机研究领域中重要而困难的问题. 本文基于确定学习理论及动态模式识别方法提出一个旋转失速初始扰动 近似准确建模和快速检测的方法. 首先,基于高阶Moore-Greitzer模型（Mansoux模型）,利用确定学习理论提出一个对旋转失速初始扰动的内在系统动态的近似准确建模方法;其次,基于以上近似准确建模,利用 动态模式识别方法提出一个对旋转失速初始扰动的快速检测方法. 基于MIT的Mansoux-C2模型仿真研究验证了 所提方法的有效性. 最后,在北京航空航天大学航空发动机重点实验室的低速轴流压气机试验台上开展了试验研究. 通过对低速轴流压气机试验台参数进行测量,得到基于北航低速轴流压气机试验台的Mansoux模型. 通过对基于北航试验台Mansoux模型进行仿真研究,验证了所提方法的有效性.     

槽深对跨音速压气机稳定性影响的数值仿真

为了研究不同槽深下的周向槽对压气机稳定性的影响,由于带槽结构下的转子37失速类型仍是叶尖失速,但是带周向槽结构的主要失速因素是叶尖间隙的泄漏涡,且不同轴向位置的周向槽所造成的损失也是不同的。为解决上述问题,利用NUMECA软件和系统的数值模型对某跨音速压气机进行了数值仿真,对三类带周向槽结构的计算结果进行了分析,结果表明,设计中讨论最佳槽深应先给定效率损失要求,并且应以研究最佳槽位置的选择为主。对压气机周向槽处理机匣的设计,不一定要设计涉及整个叶片的处理机匣。对于跨音速压气机在叶尖泄漏涡严重的位置优化设计,可提高压气机稳定性能。     

基于遗传算法的压气机叶片的多目标三维优化

为了提高轴流压气机的效率,需要研究一种新的高性能的转子叶片.采用人工神经网络与遗传算法寻优相结合的方法对某单级轴流压气机亚音速叶片进行三维叶片型线优化设计.优化目标是尽可能的提高转子叶片的总压比、流量和等熵效率.优化仿真结果显示,流动分离区明显后移,损失显著降低,等熵效率提高了0.48%,同时总压比和流量也都得到了提高,优化叶片的气动性能较原型叶片明显提高.结果表明,优化方法能很好的完成亚音速叶片的优化设计,是获得低损失高效率性能的叶片的有效途径.     

某离心压气机转子叶尖流场测试及可视化分析

对壁面动态压力传感器阵列测试技术进行了研究,并将该技术应用于某离心压气机转子叶尖的动态流场测试中,获取了大量的动态流场测试数据。采用锁相技术和线性插值方法对测试数据进行了处理和分析,并采用数据可视化技术将动态数据转化成压力分布云图,从云图中可以清楚看出离心压气机不同工作状态下转子叶尖的压力变化,有助于分析转子叶尖处泄漏流、前缘溢流以及泄漏流和分流叶片前缘的相互作用。转子叶尖流场测试及可视化分析结果可以为压气机性能验证和数值模拟方法的修正提供重要的技术支撑。     

压气机叶片扭曲规律的多目标三维气动优化

为了提高轴流压气机的等熵效率和总压比,采用基于人工神经网络及遗传算法的叶轮机械叶片三维优化设计方法,开发了一种高性能的动叶片。优化目标是在流量不减小的情况下,尽可能的提高转子叶片的总压比和等熵效率。优化仿真结果显示,优化后所获得的扭曲叶片可以有效地改善叶根处的流动分离,流动分离区明显后移,损失显著降低,在整个工作范围,等熵效率提高了1.27%-7.08%,流量和总压比也都得到了大幅度的提高。结果表明,对亚音叶片进行扭曲规律优化效果很明显,优化方法是获得高性能转子叶片的有效途径。     

航空发动机压气机导叶主备控制切换研究

为了提高任务可靠性,某型航空发动机压气机导叶控制装置采用双余度电液伺服阀作为电液转换装置,同时采用高速电磁阀作为备份。为了保证压气机导叶主备伺服回路切换过程的稳定性,基于建立的导叶伺服控制系统模型,对识别出的主备伺服回路切换过程的关键因素进行仿真研究及试验验证。研究结果表明,当主控伺服回路出现故障后,通过缩短转换活门切换时间、减小电液伺服阀零偏和高速电磁阀热备份的处置方式,可以有效减小切换过程的扰动。     

带放气型周向槽的离心压气机失速控制研究

机匣处理技术足工业上压气机解决气动失稳问题最常用的手段.然而离心压气机内部流场极其复杂,呈强烈三维紊流特性,由于目前实验条件的限制,只有依靠精确的计算机仿真模拟,才能获得其内部流场的详细情况.现提出一种在周向槽机匣处理的基础上增加放气的机匣处理方案,并就方案在离心压气机上进行了精确的计算机仿真,将计算结果与实验结果进行了比较,并详细对比分析了带实壁机匣和放气型周向槽处理机匣的雎气机转子顶部区域流场结构,及叶片通道内二次流动情况,结果表明:放气型周向槽机匣处理结构使得离心压气机在扩大稳定裕度的同时压气机效率有所改善,并分析得到放气型周向槽机匣处理的扩稳机理.     

可靠性优化设计在汽车构件耐撞性中的应用

将实验设计、响应表面法和蒙特卡罗模拟技术相结合,提出了基于产品质量工程的6σ概率优化设计方法,实现了对汽车构件耐撞性的优化设计,提高了设计变量的可靠性.数字算例表明,该方法具有较高的精度和较强的工程实用性.     

有限元计算在护栏设计和乘员保护中的应用

目前，汽车-护栏碰撞研究的主要方法还是实车足尺寸实验，但是这种方法实验周期长，费用昂贵。仿真的方法可以花费很少的资金来完成不同参数下的碰撞研究。该文通过LS-DYNA建立轿车-护栏的碰撞仿真系统，基于这样的系统进行轿车-护栏的碰撞性能研究，对那些会显著影响护栏性能的参数进行了分析。结果表明，有限元仿真是进行汽车护栏碰撞研究的有效方法。