航空发动机篦齿封严特性数值分析

为了解航空发动机空气系统中封严篦齿的流动及封严情况,采用数值模拟方法对二维蓖齿封严特性进行研究.使用商业软件FLUENT6.3对直通型蓖齿齿数N为3、5、7、9,间隙比t/c为0.5、1、2时不用工况下进行计算,得出各种情况下流量系数随压比变化关系.主要结论为:流量系数随压比的增加而增大;齿数N越多,封严效果越好;缝隙越小,间隙比t/c越大,封严效果越好.同时比较了齿数N为3时的直通型与非直通型封严效果,得出非直通型封严效果更好.     

基于引气封油方式的轴承腔密封间隙油气两相泄漏流动特性数值与试验研究

轴承腔滑油泄漏直接影响航空发动机的安全性,而现有研究缺乏引气条件对轴承腔滑油密封性能的探索。设计搭建轴承腔密封间隙油气两相泄漏流动特性试验装置,建立轴承腔油气两相泄漏流动特性数值求解模型,在数值与试验结果相互验证的基础上,研究轴承腔密封间隙油气两相分布状态与临界封油特性。研究表明：供气压强高于临界封油气压时,滑油与封油气体在油腔内混合形成复杂的油气两相状态,滑油油位越高,油气两相混合区域越大;供气压强低于临界封油气压时,滑油流入密封间隙,油气交界面状态呈现波状或条状,滑油流入气腔后首先呈现股状下流,而后呈膜状渗流。密封间隙由0.05 mm增加至0.20 mm,临界封油气压增加221.5%;滑油油位由30 mm增至120 mm,临界封油气压增加129.2%。滑油油位通过影响滑油加速度、密封间隙通过影响滑油加速度和节流效应对滑油泄漏流动产生影响。研究内容为轴承腔密封间隙泄漏流动特性分析与临界封油气压判定提供理论依据。     

基于Flowmaster的发动机滑油供油系统流量压力换热特性建模与仿真

为了分析滑油从滑油泵组流经燃滑油散热器、喷嘴至轴承腔内的流动换热特性,基于Flowmaster流体系统仿真平台,以发动机滑油供油系统为研究对象,通过各支点喷嘴模型建立及仿真计算,验证喷嘴设计符合性。根据燃滑油散热器结构特点,计算流阻和换热特性,建立仿真计算模型,验证散热器流阻特性及换热性能;建立滑油供油系统模型,仿真计算轴承腔、附件机匣、转接齿轮箱等处供油流量、供油压力及供油温度,分析评估系统流量压力换热特性,支撑滑油系统正向设计。     

轴承腔中润滑油气液两相分层流动研究

基于轴承腔中润滑油气液两相分层流动模型和湍流模型，采用VOF方法追踪气液界面等技术求解三维N—S公式，对腔内润滑油气液两相分层流动的特性进行了研究。分析了润滑油混合物空气体积比等结构工况参数对流体介质在轴承腔出口处压力和径向速度的影响，研究结果揭示了结构工况参数对出口压力和径向速度的不同影响趋势。将所计算得到的理论数据与国外类似结构的轴承腔工况条件和结构数据进行比较，证明了该计算方法和结果的正确性。     

基于ANSYS的封严涂层试验台高速主轴动力学分析

航空发动机封严涂层的特性直接影响着发动机的性能,封严涂层刮削试验台是测试评价封严涂层材料特性的关键设备,其中的核心部件是高速主轴。利用Ansys有限元分析软件对封严涂层刮削式试验台高速主轴模型进行模态分析、旋转动力学分析,分析的结果用于封严涂层刮削试验台高速主轴的研制,最后进行了高速主轴的运转验证试验,得到了两种分析结果的分析误差,试验证明在高速情况下动力学分析结果更接近运转试验的结果。     

轴承腔油气两相泡状流动的数值研究

航空发动机轴承腔过热或着火等现象与腔内油气两相泡状流动有关,需要通过数值计算研究两相泡状流动特性,从而为轴承腔润滑设计提供参考依据。针对上述问题,以某型航空发动机轴承腔为对象,建立轴承腔润滑油气液两相泡状流动模型,借助该模型研究润滑油介质运动状态。在建立模型方程时,考虑气泡直径尺寸大小和破裂聚合的影响,引入气泡种群方程和破裂聚合模型,并基于两流体模型和 两方程湍流模型,建立轴承腔内润滑油两相泡状流动计算模型。通过数值计算,模拟出轴承腔内润滑介质流场,最后利用国外文献的试验数据对理论分析进行了验证。研究表明,轴承腔润滑介质中气泡直径尺寸分布状态以及与转速的关系,揭示空泡率、转子转速和润滑介质进口速度等工况条件对轴承腔润滑油性能的影响。与国外试验数据的对比证明了该理论分析方法在航空发动机轴承腔润滑系统设计的可靠性和可行性。     

轴承腔中油滴尺寸分布和沉积特性

航空发动机的润滑系统和二次空气流动系统的设计依赖于对轴承腔中复杂的油气两相流动状态的理解,这其中包括影响轴承腔润滑和换热性能的壁面油膜物理特性.运动油滴转移的质量和动量与轴承腔壁面油膜厚度和速度有很大关系,并决定轴承腔油气两相流动的油膜初始状态.通过分析轴承腔结构工况与油滴直径分布参数关系,明晰基于直径尺寸连续的油滴质量分布,在此基础上进行油滴与轴承腔壁面碰撞后的沉积质量和转移动量的计算,以量纲一参数的形式探讨轴承腔结构和工况对油滴沉积质量和转移动量的影响.针对某一轴承腔结构和工况条件进行的油滴沉积质量和动量转移量计算,以研究计算方法的可行性.结合油滴尺寸分布进行油滴沉积特性分析,探索轴承腔油膜形成过程的物理本质,获得表征轴承腔结构和工况条件的量纲一参数We*1/2对油滴沉积质量和沉积油膜动量转移量的影响规律,有助于航空发动机轴承腔油气两相流动研究后续工作的开展.     

轮缘密封气流影响下的涡轮静叶通道流动特性研究

为探讨轮缘密封气流对高压涡轮静叶通道内流动特性的影响,采用SST湍流模型求解三维非定常雷诺方程,分析无封严腔、无封严气流以及4种封严流量下涡轮静叶通道内压力波动和气流变化。研究结果表明：封严腔出口受上游静叶压力场影响较大,燃气入侵发生在静叶尾缘附近压力面和吸力面两侧气流交汇形成的高压区;封严出流发生在静叶通道中间位置受吸力面侧扩压区影响的低压区;封严出流与主流掺混形成的新涡量结构卷吸了部分附面层流体,削弱了二次流结构的强度,同时对主流通道形成堵塞效应,推动了轮毂二次流向吸力面靠近同时径向位置的抬升;盘泵效应导致的封严出流与主流的掺混增强了非定常效应,封严流量的增大能够抑制通道内非定常效应。     

盘缘篦齿封严特性的数值模拟

为了解航空发动机空气系统中盘缘篦齿的流动及封严情况,采用数值模拟方法对二维盘缘篦齿封严特性进行了系统的研究。使用商业软件FLUENT 6.3对不同的盘缘篦齿齿数N、轴向间隙s和径向间隙d分别进行了计算,得出了在各种情况下泄漏系数随转速的变化关系,主要结论为:转速对篦齿封严的影响不明显;两个齿的封严效果比单个齿的好;相同的径向间隙d下,轴向间隙s越大,封严效果越好;相同的轴向间隙s下,径向间隙d越小,封严效果越好。     

航空发动机轴承腔通风结构嵌入改进及油气两相流动特性研究

为研究航空发动机轴承腔油气两相流动特性,提高轴承腔回油特性,针对轴承腔的通风结构提出嵌入改进方案;建立基于欧拉-欧拉方法轴承腔两相流求解模型,对不同工况下常规轴承腔和嵌入改进方案轴承腔流动特性和回油特性进行分析。研究结果表明,将常规轴承腔通风结构进行嵌入改进后,润滑油被嵌入的通风口壁面阻挡,在空气剪切力和重力的作用下,通风口右侧的润滑油掠过通风口向下游移动,从通风口流出的润滑油量减小,从回油口流出的润滑油增加,因而使得回油效率明显提升;随着嵌入深度的增加,从通风口流出的润滑油得到进一步抑制,腔内润滑油体积分数进一步增加,回油效率得到进一步提升;相比常规轴承腔,当润滑油流量为200 L/h,转速为15 000 r/min时,嵌入改进方案回油效率提升最为明显,嵌入深度为8、10、12 mm的改进方案回油效率分别提高了16.72%、18.80%和20.19%。     

静子叶根封严篦齿齿腔三维流动结构分析

针对压气机静子封严结构进行三维数值模拟,研究不同齿腔结构时篦齿的封严效果以及齿腔内泄漏流流动机理。结果表明,齿腔流动结构分齿尖射流区与齿腔回流区,其随工况变化有3种流动结构,流动结构越复杂,泄漏流与齿腔内流体能量交换越激烈,泄漏系数越小,泄漏系数最大相差2.9%,泄漏流流量最大相差3.1%。     

基于聚类分析的航空发动机轴承腔油气两相流型辨识

轴承腔是航空发动机内的重要部件,对其内两相流流动状态的理解有助于提高发动机的润滑效率、提升发动机的工作性能和可靠性。基于流型辨识研究两相流在不同流型下的流动性质是获取轴承腔内物理现象的一个可行途径。在考虑试验获取难易性和辨识能力条件下,结合前人研究成果,应用K-Means聚类法对利于辨识轴承腔3种典型两相流流型的特征参数-无量纲两相介质速度和无量纲压力在近壁面附近的数值进行聚类分析。研究结果表明:该方法能够成功地将轴承腔3种典型流型进行归类,这对基于流型辨识研究轴承腔内3种典型流型下两相介质的物理状态,以及轴承腔润滑设计和换热分析提供了基础。     

铝硅聚苯酯封严涂层的研究现状和发展

铝硅系封严涂层是发动机压气机常用的中低温封严涂层,目的是减少转子和静子之间的间隙,同时保护叶片不受磨损,对发动机的效率有着非常重要的影响。本文对铝硅聚苯酯封严涂层的现状和进展进行研究,为后续铝硅聚苯酯封严涂层制备方法以及喷涂工艺对涂层结构、形态特征、性能的影响分析打下基础,从而为民航飞机的制造和飞行安全等提供一方面的保证。     

浮升力对盘缘篦齿封严性能的影响

基于Boussinesq近似,对准三维盘缘篦齿进行数值模拟,求解温度场和速度场,研究次流通道流体的流动和换热特性,分析浮升力对盘缘篦齿封严性能的影响。结果表明：重力场引起的浮升力对封严效果基本无影响,而离心浮升力对旋转件附面层流体有一个径向的驱动作用,使得次流通道流动阻力增大,篦齿封严性能变好;在有热边界的情况下,离心浮升力对泄漏系数的影响与次流格拉晓夫数有关;随着壁温和转速的增加,离心浮升力对于提高封严篦齿性能的作用增大;随着轴向间隙的增大,泄漏系数增大,且离心浮升力降低篦齿泄漏系数的作用随轴向间隙的增大而减小。     

航空发动机陶瓷基高温封严涂层研究进展

高温封严涂层应用在航空发动机高压压气机和涡轮等气路封严部位,可以减少转子和静子之间的间隙,提高发动机效率、降低油耗,是当前研究的热点.从金属基高温封严涂层和陶瓷基高温封严涂层两个方面分别进行分析,总结国内、外高温封严涂层的发展及研究现状,指出我国在陶瓷基高温封严涂层研究和应用领域存在的差距;分析YSZ陶瓷基封严涂层失效...     

半主动阻抗复合式消声器声学性能探究

在消声器的设计过程中,消声器流阻与消声量是一对矛盾。为解决这一问题,并使消声器能够适应不同工况下的消声需求,设计了一种可以根据消声器流阻大小改变内部结构,从而改变消声器内部空气流动模式的半主动阻抗复合式消声器。以基于椭圆柱坐标系的三维分析法为理论依据计算了该消声器两种不同结构下的消声量,并在驻波管实验系统中对计算结果进行了实验验证。结果表明,通过切换结构能够在大大减小流阻的情况下保证一定的消声量,从而实现消声量对不同工况的适应性。     

基于正交试验方法的某型燃气轮机台阶篦齿设计

在某型燃气轮机设计过程中,针对一级透平转子前封严篦齿泄漏量过大使滑油腔封严前温度水平升高的问题,采用了正交试验方法对台阶封严篦齿进行设计。选取了台阶篦齿的5个典型几何参数,通过二维数值模拟对其流动特性开展了分析,获得了各参数对台阶篦齿泄漏量影响程度排序。     

径向游隙对角接触球轴承两相流热特性的影响

径向游隙直接影响角接触球轴承内部两相流的分布以及热特性。为探究不同径向游隙下角接触球轴承油气润滑两相流热特性变化规律,基于两相流理论以及轴承换热机制,建立数值分析模型模拟轴承腔内油气两相流流动特性,分析径向游隙和轴承运行工况对轴承腔内流场分布以及温升的影响,并通过轴承温升试验验证了仿真结果。结果表明：油气两相流中油相受离心力影响主要分布在轴承外圈,径向游隙增大使得油相体积分数减少;轴承温升随着径向游隙增大而减少,一定程度上增大径向游隙可以减少轴承生热量。研究结果为探究角接触球轴承油气润滑热特性以及改善轴承腔结构参数提供了参考。     

旋转圆盘腔壁面油膜运动特性分析

分析了基于一种航空发动机轴承腔的拓扑结构——旋转圆盘腔壁面油膜的形成和运动特性。在获得旋转圆盘腔气相介质流场的基础上,建立了考虑油滴重力及空气阻力的油滴运动、油滴沉积及油膜运动模型,讨论了圆盘腔结构以及工况对于油膜运动特性的影响。研究结果表明,低速和高速工况下腔壁左右两侧油膜受力的不同导致油膜流动方向不同,油膜厚度和油膜平均速度沿圆盘腔壁面的周向分布规律有明显的差异;进油量和腔体结构对圆盘腔左右两侧的油膜厚度和平均速度影响会有差异,而且差异在低转速工况下会更加明显。     

某型飞机发动机进气道前缘防冰腔改进数值研究

本文根据某型飞机发动机进气道前缘防冰存在的问题,提出了三种类型冲击射流加双蒙皮通道的结构作为新的前缘热气防冰腔结构。利用商用网格划分软件ICEM和计算流体动力学(CFD)软件FLUENT,完成了所提防冰腔的流动和换热特性计算,对防冰腔内部的流场、温度场及防冰腔外蒙皮表面的温度分布,以及不同防冰腔结构和发动机引气条件对防冰性能的影响进行了分析。