某型涡扇发动机进口空气流量及附面层的测量与计算

航空发动机的空气流量是发动机的重要性能参数,其测量的准确性对航空发动机的设计具有重要的意义。根据以往的发动机进口空气流量的测量和计算经验,采用新型附面层压力组合耙测量发动机进口流场信息,建立了发动机空气流量计算模型,并使用面积分块和附面层修正的方法得到发动机空气流量。试验结果表明发动机中间状态空气流量测量值与设计值基本一致,附面层对空气流量的影响大约为2%～3%,新型的附面层压力组合耙能够丰富且准确地获得发动机进口流场及其附面层的信息。     

涡扇发动机性能换算参数的温度修正机理分析

利用发动机气动热力计算程序，定量分析了不同因素对涡扇发动机性能换算参数温度修正系数的影响。根据高空模拟试验数据验证了温度修正系数计算方法，在此基础上开发了定比热和定燃油热值的涡扇发动机总体性能计算程序，对比了变比热与定比热及定热值条件下温度修正系数的变化情况，最后分析了控制规律插值误差对温度修正系数的影响。结果表明，工质的物性参数对推力、燃油流量、排气温度的修正系数均有影响；燃油热值主要影响换算燃油流量的修正系数；换算空气流量的修正系数主要受控制规律差值误差的影响。     

影响流量管流量系数的因素分析

对某航空发动机整机试验装置的流量管三维流场进行数值模拟,通过布置虚拟测点,建立流量管虚拟试验校准和测量的仿真方法,研究流量管流量系数获取方法、校准试验测试布局,分析来流雷诺数、壁面粗糙度、流量管圆度对流量系数的影响。结果表明,附面层位移厚度法和校准试验法获取的流量系数接近。在同一流向布置测量截面,流量系数随流量管内雷诺数的减小而减小,随流量管壁面粗糙度的增大而减小;低雷诺数工况下,流量系数对粗糙度变化不敏感。对于低雷诺数工况或者在流量管壁面粗糙度较大时,应采用附面层位移厚度法或校准试验法获取流量系数。流量系数对流量管圆度的变化不敏感,建议采用校准试验方法获得有变形的流量管的流量系数。尽量采用校准试验法获取流量管宽雷诺数范围的流量系数,采用实际测量工况下的雷诺数对应的流量系数,修正流量管测量数据,才可保证流量管测量精度。     

涡扇发动机特性仿真中的Zooming技术研究

为解决某型涡扇发动机尾喷管改型中的流量匹配问题,利用iSIGHT软件平台集成零维发动机性能仿真程序和三维混合室和尾喷管的流场计算程序,运用零维和三维相结合的数值缩放(Zooming)技术,实现了混合室和尾喷管型面以及进出口面积的自动修正,解决了尾喷管和发动机在设计点与非设计点流量匹配的问题.准确的反映了混合室和尾喷管三维流动效应对流量系数、推力系数以及发动机工作点的影响.该方法可为实现涡扇发动机其它部件的Zooming技术提供有意义的参考.     

小型发动机高空模拟试验流量系数确定的数值分析与试验研究

流量系数在小型航空发动机高空模拟试验的空气流量计算中十分关键。建立了流量管模型,通过数值计算获取流量管各截面的流场分布,对比另外试验与数值模拟的总、静压分布和流量系数,结果与高空模拟试验进气空气流量测量结果一致。     

低红外特征涡扇发动机性能参数多目标优化设计方法

为了在发动机设计阶段降低涡扇发动机的红外辐射强度,建立了一种外涵引气冷却排气系统高温壁面的优化技术,开展了带外涵引气冷却的低红外特征涡扇发动机总体性能优化设计方法研究。首先,建立了带外涵引气冷却的涡扇发动机总体性能计算模型,并分析了非加力状态下引气量对发动机性能参数的影响;其次,提出了基于序列二次规划算法的设计参数多目标优化方法,优化的目标包括高单位推力、低单位油耗和低红外辐射强度;最后,基于以上模型和方法,对设计点非加力情况下的涡扇发动机设计参数进行多目标优化。研究结果表明,相较于传统的涡扇发动机设计参数选取,带外涵引气冷却的涡扇发动机具有更低的红外特性,并且经过多目标优化后,带外涵引气冷却的涡扇发动机在兼顾低红外特征的同时具有更优的总体性能。     

某型涡扇发动机涡轮过渡流道一体化优化设计

研究大涵道比涡扇发动机涡轮过渡流道优化问题,针对扩张通道轴向长度较短,内部流动十分复杂,边界层气流容易分离等难点,为提高过渡流道气动性能,利用全三维数值仿真的方法对某型大涵道比涡扇发动机涡轮过渡流道进行了数值仿真,并采用遗传算法对初始流道进行了气动性能优化设计.仿真结果表明,过渡流道气动性能对其几何形状变化十分敏感,流量相同条件下,采用优化设计后,涡轮过渡流道压力系数提高,总压损失系数降低,并且流道稳定工作范围也得到改善,结果证明了优化方法的有效性和可行性.     

基于部件参数估计的航空发动机故障预测技术研究

为了满足新一代航空发动机对故障预测与健康管理系统的需求,针对气路故障预测问题,以某型双转子、双涵道涡轮风扇发动机为对象,研究了把性能健康参数作为状态量扩展至状态方程,利用卡尔曼滤波器对状态变量进行估计,以估计出健康参数;并以该健康参数为基础,预测发动机的气路故障;最后以某涡扇发动机数学模型作为仿真对象,以H=15 km、Ma=1.6为仿真设计点,利用该工作点的线性状态方程设计了扩展卡尔曼滤波器,对健康参数进行了估计。仿真结果表明,状态估计器能够快速、较为准确地估计发动机的性能退化系数,从而能够较为准确地预测故障发生的时间,为航空装备的保障提供理论依据。     

一种涡扇发动机加速过程仿真研究方法

研究飞机飞行状态优化,取决于发动机的稳定控制.影响发动机性能的是加速器的控制稳定状态.为了研究某型航空发动机加速过程及加速控制系统性能,提出了分别独立建立涡扇发动机加速控制系统的AEMSitn数学模型和涡扇发动机的AMESet数学模型,并在AMESim软件平台上对控制系统模型和发动机模型进行联合仿真的仿真研究方法.仿真研究结果表明,所建立的联合仿真模型的动静态特性良好,仿真精度高,具有较高的置信度.机械液压式加速控制器能够顺利完成发动机加速过程控制,各项参数变化符合设计要求.提出的仿真研究方法能够成功仿真涡扇发动机加速过程,可为产品的设计提供有价值的参考.     

基于RBF网络的PID控制在温度控制系统中的应用

某涡扇发动机主燃油泵调节器的燃油调节具有随发动机进口总温变化而不断修正的特性,在实验室采用常规PID控制方式不能满足发动机进口总温大范围变化时的控制要求,为此,兼顾神经网络的自适应性,提出了一种基于RBF网络的参数自整定PID控制器。将其应用于发动机进口总温控制系统中,实验结果表明,它具有强的自适应能力和鲁棒性,控制品质优于常规PID控制器。     

双转子涡喷发动机气动性能优化控制研究

航空发动机的控制规律作用巨大,它决定了发动机能否获得设定的稳态工作下性能指标,同时保证工作过程中的压气机和涡轮的气动稳定性;双转子涡喷发动机气动性能优化控制的目的就是有效地挖掘发动机的使用潜力;研究方法采用部件特性法对发动机进行稳态建模,并针对某双转子涡喷发动机的稳态模型进行三种不同稳态控制规律下的仿真,得到发动机性能参数的不同变化趋势,并对其进行了详细的分析;结果表明:保持低压转子转速不变的情况下,随着压气机进口总温的增加,高压转子转速上升,涡轮前温度升高,发动机推力增加;保持涡轮前温度不变的情况下,随着压气机进口总温的升高,低压压气机气动负荷变重,低压转子转速降低;高压转子转速也下降,但是下降幅度很小;燃油流量增加;保持高压转子转速不变的情况下,随着压气机进口总温的升高,燃油流量有一定的增加,低压转子转速有所降低;推力受多重因素的影响,推力值变化趋势较为复杂。     

带方向的气流有序均匀性评价方法

针对发动机进气道气流质量评价提出一种基于空气流速分布方向的气流有序均匀性评价方法,即先将空气流速投影到约定方向,再结合均方差定义的均匀性指数γ、克里斯琴森均匀系数CU、相对标准偏差CV三种传统均匀性评价指标计算各测点速度偏离预期速度的程度.分别用传统均匀性评价指标和带方向的气流有序均匀性评价方法对发动机进气道改良前后气流有序均匀性进行评价,结果表明:带方向的气流有序均匀性评价方法较传统指标更能明显地表明进气道改良后的气流有序性.发动机外特性实验表明:进气道改良后燃油消耗率降低,与带方向的气流有序均匀性评价方法的结论一致.因此,带方向的气流有序均匀性评价方法能有效地评价发动机进气道气流质量.     

车用汽油机进气歧管空气流量智能测量模型

为了确保车用汽油机在运转工况下能获得最佳浓度的混合气要求,利用节气门元器件,基于压差式节流流量测量原理,通过对节气门旋转角度函数链神经网络拟合和节气门的流出系数拟合建立了车用汽油机进气歧管空气流量测量模型。实验验证结果表明:随着进气歧管压力升高,车用汽油机空气质量流量智能测量误差呈降低趋势,且其误差均小于5.0%。     

基于模型的航空发动机湿度影响修正方法研究

深入分析了进气湿度对发动机性能影响机理,分别研究了进气湿度对气体热力学性质和部件特性相似规律的影响.基于叶轮机进出口截面换算流量湿度修正系数与临界状态换算流量湿度修正系数近似相等的原理,改进了部件特性湿度修正方法.利用所研究的湿度修正方法对原有部件级非线性模型进行改进,获得含有进气湿度修正功能的发动机仿真模型.利用国内外文献中提供的数据对模型进行验证,仿真结论表明模型具备较高的湿度修正精度.     

发动机进气道监测系统设计和实现

发动机性能验证时须对发动机与进气道相容性进行飞行监测测试,用实测数据分析进气道畸变与发动机的匹配特性。设计了一种适合多传感器类型的多板卡、实时监测、在线算法诊断的进气道综合监测系统,对多传感器参数完成实时监测、数据预处理、预警等。前端测量传感器主要包含各类气压参数中稳态、压差、总压、动态压力传感器以及进气总温传感器,面对采集通道众多、频率差异化难题,为改善数据的在线监测相关性同步采样和关联参数在线计算处理的能力,采用多板卡级联并行传输总线解决数据实时交互问题,并通过多类型总线接口匹配后端记录、告警、遥测监测设备。经系统验证,设计的方案简单且合理可行,具有一定实用性。     

轴流涡轮转子下游多边界盘腔燃气入侵数值研究

研究涡轮燃气入侵对发动机性能和可靠性具有重要意义,但现有研究多集中于动叶上游盘腔,需要深化对动叶下游盘腔燃气入侵问题的研究。以某高压涡轮及其下游二次空气系统为研究对象,采用三维定常数值模拟探究了适用于转子下游多边界盘腔燃气入侵仿真方法,分析了不同压比下封严流量和燃气入侵特性,并研究了盘腔内部流动机理。结果表明：采用压力边界条件的仿真结果更符合多边界盘腔流动现实。各封严流量随盘腔进口压力增加而增大,但梯度逐渐减小,轮缘封严达到最小流量后基本呈线性变化,而盘腔内部封严流量趋于稳定。在阻止主流入侵的最小封严流量附近,轮缘封严压力分布难以判断主流是否入侵盘腔内部,而轮缘封严齿间流体温度是判断主流燃气入侵盘腔内部的重要参数。     

A computational study of the effect of angles of attack on a double-cone type supersonic inlet with a bleeding system

The flow characteristics of a supersonic inlet with a bleeding system under varying angles of attack are studied by computational 3D turbulent flow analysis. A compressible upwind flux difference-splitting Navier–Stokes method with the k–ω turbulence model is used to analyze the super inlet flowfields. The bleeding system successfully removes the low energy flow from the boundary layer near the throat. The bleeding system enables the supply of more uniform flow at the engine face compared to a supersonic inlet without a bleeding system at the expense of mass flow. More non-uniform flowfields are seen at the Aerodynamic Interface Plane when the angle of attack increases. These non-uniform flowfields at the supersonic engine face degrade engine performance.     

Soot emission prediction of a waste-gated turbo-charged DI diesel engine using artificial neural network

This study is about soot emission prediction of a waste-gated turbo-charged DI diesel engine using artificial neural network (ANN). For training the ANN model, six ranges of experimental data in previous study were used, and one range of data was kept for testing the accuracy of ANN predictions. The input parameters for the ANN are inlet manifold pressure, inlet manifold temperature, inlet air mass flow rate, fuel consumption, engine torque, and speed. Output parameter is the density of soot in the exhaust. The results show the ANN approach can be used to accurately predict soot emission of a turbo-charged diesel engine in different opening ranges of waste-gate (ORWG). Root mean-squared error (RMSE), fraction of variance (R ²), and mean absolute percentage error (MAPE) for predictions were found to be 1.19 (mg/m³), 0.9998, and 6.4%, respectively.     

基于混沌RBF神经网络的汽油机进气流量预测研究

针对汽油机进气流量的多维非线性特性,提出了一种混沌径向基（RBF）神经网络的汽油机进气流量预测模型。证明了汽油机进气流量时间序列具有混沌特性,对采集的原始数据进行相空间重构,利用RBF神经网络对重构后的数据进行训练和预测,并利用混沌算法确定输出层连接权值和隐含层高斯函数径向基中心,使其达到全局最优,加快了RBF神经网络的收敛速度。仿真结果表明,与空气进气流量平均值模型、RBF神经网络预测模型比较,该模型具有更高的预测精度,为精确及时测试汽油机进气流量提供了一种全新的软件测量方法。