航空燃气涡轮发动机气动稳定性问题浅析

主要讨论了航空燃气涡轮发动机中压气机部件气动失稳的典型特征,归纳了影响涡轮发动机稳定边界的主要降稳因子,并提出了当前涡轮发动机工程应用上防喘扩稳的主要措施和方法,希望能进一步促进航空工程人员对航空发动机气动稳定性问题的认识.     

航空发动机整体叶盘结构及发展趋势

现代航空发动机的结构设计和制造技术是发动机研制、发展、使用中的一个重要环节,为满足以F119、F120、DJ200为标志的第4代战斗机用发动机以及未来高推比新概念发动机的性能要求,除采用先进技术减少飞机机体结构、机载设备的重量外,关键是要求发动机的推重比达到10.0一级,重点突破发动机部件的气动、结构设计、材料、工艺等方面的关键技术。其中,在发动机风扇、压气机、涡轮上采用整体叶盘(Blisk)结构(包括整体叶轮、整体叶环等)是提高发动机性能、简化结构、降低重量、减少故障率、提高耐久性与可靠性的重要措施。     

名义应力法在航空发动机部件寿命估算中的实现与应用

本文深入研究了雨流计数法的应用原理,应用雨流计数法分析了发动机飞参数据,获得了发动机使用载荷谱。详细阐述了基于名义应力法估算航空发动机部件寿命的实现方法,针对某航空发动机定制开发了部件寿命估算系统。设计开发了航空发动机部件寿命估算系统,应用实例验证了该系统计算的有效性和准确性。实际应用表明,系统满足对航空发动机部件寿命估算,低循环计数及大状态时间统计的业务需求。     

航空发动机滑油磨粒在线监测

航空发动机轴承部件磨损是导致发动机失效,引起飞机重大事故的主要因素之一。分析了航空发动机突发性剧烈磨损的疲劳磨损失效机理,陈述了磨粒尺寸和数量表征磨损程度的关系,系统介绍了各种航空发动机滑油磨粒在线监测技术,讨论了各技术方法的原理、技术特点、典型参数、典型应用、最新研究成果及技术适应性。滑油磨粒在线监测技术,能有效发现航空发动机突发性剧烈磨损,及时预警失效,避免出现重大事故,具有重大工程应用价值。     

航空发动机非典型件重量估算方法研究

航空发动机不仅包含大量具有较强设计规律的典型结构,还包含一系列结构特性差异较大的非典型件。典型结构的重量数据可通过主要结构特征参数计算获得,非典型件结构较为复杂且缺乏固定的设计规律,难以通过常规方法估算其重量。鉴于此,基于某些机型非典型件的重量数据,提取了影响其重量的主相关参数,并基于统计分析,研究主相关参数对非典型件重量的影响规律,为建立发动机整机的重量估算模型提供了依据。     

某型航空发动机涡轮部件性能衰退模型研究

作为航空发动机的重要组成部分,涡轮部件承受着高温高速燃气产生的热载荷和气动载荷及自身旋转产生的离心载荷等,因此对其性能监控是十分必要的。文中参照国内某航空公司监控航空发动机涡轮部件性能所依据的标准,对某型航空发动机的高压涡轮转子部件在各种载荷作用下所受的应力应变进行分析,并且结合S-N曲线法和Manson-Coffin的Morrow修正法对其疲劳寿命进行了预测研究,建立了涡轮部件的性能衰退模型,为航空发动机维护和性能的监控提供了参考依据。     

射流角度对气动矢量喷管的影响及优化

采用数值模拟方法计算分析了射流角度对气动矢量喷管流动结构和性能的影响。基于试验设计和近似模型方法,结合数值模拟,构建了气动矢量喷管模型。将气动矢量喷管模型集成到发动机总体性能程序中,以某航空发动机为研究对象,分析了发动机不同状态下的气动矢量喷管性能情况。研究结果表明:在一定的几何与气动参数条件下,存在使气动矢量角最大的射流角度。随着发动机进口温度和引气量的增加,气动矢量角最大模式下的射流角度均逐渐减小,垂直喷射或顺流向对提升喷管推力系数有利。     

整体叶盘先进制造技术应用与发展

<正>国外航空发动机研制应用了大量高端装备及制造技术。以国外整体叶盘发展为切入点,介绍了航空发动机部分先进制造技术的应用现状及发展方向。整体叶盘是航空发动机的重要转动部件,在离心力、气动力等多变载荷下工作。为提升气动性能以及保证服役周期,国外整体叶盘带有弯掠特征的复杂叶片构型,采用钛合金、高温合金等难加工材料,形位精度及尺寸公差严,加工表面完整性要求高,     

基于扩压器优化提升发动机加速性的方法

本文对某型航空涡轴发动机的喘振现象进行研究.通过开展厂内专题试验确定了该发动机喘振发生的"首发"为离心压气机部件,采用气动仿真方法找到气流分离位置为径向扩压器叶片叶背的叶根处.对径向扩压器结构进行优化设计,并进行串装试车验证,改善了发动机的加速性,改进设计有效.     

基于数据的航空发动机模型匹配方法

本文提出了一种航空发动机模型匹配方法,以双轴涡轮风扇发动机为研究对象,在不同飞行条件、不同发动机性能退化状态下,基于发动机部件特性参数和气路测量参数求解了敏感系数矩阵,预测了退化发动机工作点特性参数和输出性能参数。结果表明,模型计算过程简单,运算速度快,在不考虑测试噪声的情况下,特性参数预测误差均小于0.16%,输出的推力和耗油率的误差最大为0.4%,精度满足工程要求。本文所述方法不受部件特性和发动机结构类型的影响,可扩展应用于其它类型发动机。     

航空发动机弹性箔片气体动压轴承技术研究及性能评价综述

弹性箔片气体动压轴承广泛应用于航空发动机中,在减少航空发动机功率损失、提高发动机可靠性方面具有重要作用。综述了国内外箔片气动轴承的研究现状,介绍了航空发动机箔片气动轴承结构的发展和应用特点,重点讨论了箔片止推轴承的理论研究现状,比较了不同箔片气动轴承润滑建模方法、润滑求解方法、收敛控制方法,指出了弹性箔片气体动压轴承在航空发动机旋转机械中的巨大应用潜力,提出了气动轴承技术今后需要重点开展的研究发展方向,主要包括箔片动压气体轴承理论建模及其模型求解、箔片气动轴承的实验研究及试验台架的搭建测试、箔片动压气体轴承设计及加工制造、轴承表面涂层技术的研究以及箔片动压气体轴承技术的应用等。     

航空发动机涡轮轴尺寸超差影响的分析

对某型航空发动机涡轮轴进行尺寸检测,发现涡轮轴前端花键圆角部位尺寸存在超差.通过理论计算和低循环疲劳试验,对航空发动机涡轮轴尺寸超差的影响进行了分析.通过分析确认,尺寸超差的涡轮轴,实际疲劳寿命满足设计寿命的要求,为航空发动机的正常使用提供了依据.     

基于iSIGHT的变循环发动机性能优化

通过对变循环发动机结构形式和工作机理的分析研究,依照模块化合成程序的计算流程,给出了变循环发动机数学模型,利用面向对象的C++程序语言发展了基于部件类的变循环发动机数值仿真软件。利用商用软件iSIGHT的多学科优化能力,该仿真软件具有可视化操作界面,具备进行设计点的性能仿真计算、非设计点特性仿真计算以及设计点任务分析的仿真计算的能力。基于iSIGHT优化平台,对变循环发动机的性能进行了优化分析。     

某型航空发动机钛合金轮盘模拟疲劳试验件设计

除了考核部位的最大应力水平外,应力梯度分布也是影响航空发动机轮盘大应力区域低循环疲劳寿命的重要因素。据此研究了一种模拟疲劳试验件,可以根据考核位置的实际应力分布,优化计算模拟件的几何尺寸参数,使模拟件的最大应力水平和应力梯度与实际三维特征非常接近,其设计以ANSYS WORKBENCH的Design Xplorer参数优化模块为平台,设计过程简洁、直观和高效;另外获得了模拟件的实测寿命数据并用于指导某型航空发动机的试车任务,并通过了一定循环次数下的航空发动机试车考核。提出的模拟疲劳试验件为发动机轮盘低循环疲劳寿命设计提供了一种有效且成本较低的方法。     

航空发动机典型量检具参数化设计

航空发动机量检具是航空发动机工装的一类,对应不同型号发动机的同一种零件,该零件的工装结构尺寸随零件的系列尺寸相应变化。本文在分析了发动机工装设计过程的基础上,对工装进行了数字化建模,并将系列尺寸的工装模型参数化、模板化,开发出了工装设计系统,使设计人员在工装设计中缩短了设计周期,降低了设计成本,并成功应用在某航空发动机企业的工装设计部门中。     

非线性航空发动机性能参数估计方法研究

为了消除线性模型误差的影响,建立了航空发动机性能变化参数非线性估计的模型,提出了一种非线性的航空发动机部件性能变化参数估计的方法。将待估计参数以及模型计算值和实际测量值之间的误差一同并入发动机模型程序进行求解。仿真结果表明,与线性估计方法相比,非线性参数估计的方法具有更高的精度和更简单的系统结构。     

某发动机涡轮导向器精密整体叶盘铸造工艺研究

整体叶盘是现代航空发动机的一种新型结构部件,对于提高航空发动机性能具有重要作用,因此精密整体叶盘铸造技术是未来航空发动机制造的关键技术。在分析某发动机涡轮导向器整体叶盘铸造工艺性能的基础上,设计了浇注系统,并经相关的试验验证,解决了叶片欠铸问题,最终确定了铸造工艺参数,为精密整体叶盘铸造技术的进一步发展积累了经验。     

航空发动机快变信号的匹配同步压缩变换研究

航空发动机快变信号特征提取是航空发动机健康监测与故障诊断的关键技术之一。针对航空发动机快变信号特征提取需求及其瞬时频率快变的特点,提出了匹配同步压缩变换方法。构造了匹配快变信号调频结构的瞬时频率估计算子,能同时考虑快变信号时频能量随频率和时间方向的分布,从而提高快变信号时频表示的能量聚集性,提升航空发动机快变信号提取能力。通过航空发动机主轴承寿命试验机的碰摩故障试验,以及某型航空发动机的碰摩故障诊断工程案例,验证匹配同步压缩变换方法对于航空发动机快变信号处理的有效性。工程应用结果表明,对于航空发动机转子系统动静碰摩故障,匹配同步压缩变换能够有效提取该故障导致的振动信号瞬时频率快速振荡的强时变特征,从而诊断转子系统碰摩故障。     

大涵道比涡扇发动机循环参数和几何流路优化设计

针对大涵道比涡扇发动机的特点,分析了涡扇发动机四个主要热力循环参数,即风扇外涵压比、总压比、涡轮前温度和涵道比及各循环参数的相互匹配关系对发动机单位推力和单位耗油率的影响.针对某大型飞机对巡航推力及巡航耗油率的要求,优化选择了满足涡扇发动机性能要求的四个主要热力循环参教,确定满足涡扇发动机性能的空气流量,并基于涡扇发动机的设计点参数对大涵道比涡扇发动机主要部件进行流路优化设计,最终确定涡扇发动机风扇直径,各主要部件进出口尺寸,最终得到整个涡扇发动机流路,获得满意的结果.     

基于成本的民用航空发动机维修方案优化研究

利用航空发动机部件的故障数据,对部件可能服从的6种寿命分布的参数进行估计,并采用分布检验确定部件的实际寿命分布。再根据部件的特性、重要程度等确定应采用的维修策略,在此基础上,建立以维修成本率最小化为目标的优化模型,确定部件的最优维修间隔,从而达到对航空发动机维修方案的优化目的。最后通过算例分析,表明了本方法的合理性和经济性,具有较大的应用价值。