基于模型的涡轮叶尖间隙快速预测方法

针对发动机涡轮叶尖间隙变化预测需求,以涡轮叶尖间隙热控制法为研究对象,采用了一种简化的涡轮叶尖间隙计算模型,针对某型发动机高压涡轮的结构特点,分别建立了涡轮机匣、轮盘、叶片的计算模型。以发动机数学模型计算结果作为输入,对高压涡轮叶尖间隙变化进行了仿真计算,结果表明模型计算的涡轮叶尖间隙变化与实际工作过程相符,可在发动机初步方案设计阶段为叶尖间隙评估提供一种快速预测方法。     

发动机地面起动时涡轮叶尖间隙动态变化规律

基于涡轮叶尖间隙主动控制的需要,本文分析了涡轮叶尖间隙的变化机理,建立了机匣、叶片和转子的简化模型,同时基于某型发动机试车数据计算了涡轮叶尖间隙,研究了发动机地面起动时涡轮叶尖间隙动态变化规律。结果表明:地面起动时涡轮叶尖间隙呈减小趋势,机匣形变量上升速率最大,叶片变化量对叶尖间隙变化影响最小,可为发动机地面起动时涡轮叶尖间隙控制策略的设计提供参考。     

某发动机转静子刮磨故障分析

涡轮叶片的叶尖间隙对部件的效率有很大影响,间隙大则效率低,间隙小则叶片叶尖与外环容易产生刮磨。刮磨不仅会加剧转子的振动,还会影响发动机的安全运行,所以必须合理控制叶尖间隙。某型发动机在前期的发动机调试过程中,涡轮工作叶片叶尖与涡轮外环存在较为严重的刮磨,通过分析和调整叶尖间隙,顺利解决了叶尖刮磨,为某型发动机的性能达标做出了贡献。     

转子对高压涡轮叶尖间隙变化规律的影响

基于涡轮叶尖间隙主动控制的需要,初步分析了涡轮叶尖间隙的变化机理,建立了机匣、叶片和转子的简化模型。在此基础上,分别仿真计算转速变化和发动机起动过程瞬态温度下转子的径向变化,讨论了转子在飞行器机动飞行情况下的振动幅值对叶尖间隙的影响。结果表明,转子振动幅值和径向位移对叶尖间隙变化有重要作用。     

发动机叶尖间隙微波测量法的相位补偿

本文对发动机叶片叶尖间隙大小的微波测量方式进行相位补偿进行了研究。通过在微波探头端面加装环,采用线缆变温分离环形器泄露信号和探头+环的反射信号,得到较为干净的探头+环的反射信号作为参考信号,利用探头+环反射信号的相位变化补偿叶片信号的相位变化。本方案既能在实际的发动机实时叶尖间隙测量上实现,又能有效补偿线缆温度变化引起的叶片相位变化,有效提高叶尖间隙的测量精度,克服了测试过程中温度变化对测试精度的影响。     

航空发动机热态下不均匀叶尖间隙的热固耦合分析

涡轮叶尖间隙对发动机性能有很大影响。孔探图像显示高压涡轮叶片前缘与机匣衬套之间摩擦严重,且发动机排气温度裕度持续偏低。为了精确获得航空发动机在工作环境最恶劣工况下的叶尖间隙值,对涡轮盘与叶片进行热固耦合有限元分析。采用SolidWorks 2014建立高压涡轮盘与高压涡轮叶片模型,借助ANSYS Workbench获取工作状态下涡轮盘与叶片的温度场分布与结构变形量,得到高压涡轮叶尖前缘与后缘的实际间隙值,为改进高压涡轮单元体维修方案,提高发动机性能提供合理建议。     

三维叶尖间隙光纤探头设计及输出特性研究

对航空发动机叶片三维叶尖间隙的动态检测可以间接拾取到叶片动态应变参数,获取更全面的叶片健康监测信息。双圈同轴光纤束由于其优良的抗电磁干扰、抗高温特性可以作为发动机叶片三维叶尖间隙动态检测的传感单元。依据双圈同轴光纤束三维位移输出特性模型,建立了3个双圈同轴光纤束基元组成结构的探头输出特性模型,分析了基元拓扑结构、基元间距、光源参数对探头耦合效应的影响,提出了航空发动机叶片三维叶尖间隙光纤测量探头的设计方案,并通过加工出的探头成品实验研究对检测探头输出特性模型进行了验证。     

转子裂纹对叶尖间隙动态变化规律的影响

为指导叶尖间隙的动态测量和主动控制,建立了航空发动起涡轮转子缩减模型,在考虑转子部件所受热应力、离心力基础上,重点考虑了不同深度的裂纹发生在叶片和转子盘不同位置时对叶尖间隙的影响。结果表明:叶尖间隙变化范围随裂纹深度变大而变大;保持裂纹深度与叶片宽度比为0.5,分别取裂纹距离叶尖0.005,0.025和0.04m时,叶尖间隙变化范围较正常工况下最大偏移量分别为0.11,0.38和0.9mm;裂纹位于叶根时叶尖间隙的变化范围较均匀应力作用下叶尖间隙变化范围明显增大,且在发动机加、减速过程中的叶尖轨迹呈现明显不对称现象。     

浅谈民用大涵道比发动机风扇转子叶尖间隙控制

本文针对民用大涵道比发动机装配时风扇叶片叶尖间隙周向差异大,局部间隙超差、机匣涂层局部磨损现象,分析影响叶尖间隙的重要因素,找出原因,提出控制措施,并指出在设计过程中,通过控制叶尖间隙相关的轴向、径向尺寸及公差,风扇机匣变形,从而获得一致性好的安装间隙;同时控制影响发动机工作可靠性的重要因素,如风扇盘与风扇轴的连接,最终可获得理想的工作间隙。     

基于激光自混合原理的涡轮叶片转速与叶尖间隙动态同步测量方法

针对在高温等恶劣环境下,航空发动机高转速下涡轮叶尖间隙测量稳定性差、易受干扰、精准度低等问题,提出一种基 于激光自混合原理的涡轮叶片转速与叶尖间隙动态同步测量方法。 首先,提出基于三镜 F-P 腔模型的自混合干涉模型,并以此 为基础构建测速和测距的数学模型;其次着重研究了涡轮叶片转动下动态自混合干涉信号的处理,将采集到的信号依次经过带 通滤波以及小波降噪处理,再用 FFT 进行处理得到频率,由此求得叶尖间隙值;之后分别进行静态和动态激光自混合干涉测距 实验进行验证;最后探讨影响动态测量的误差源,并对测量系统以及算法进行优化补偿。 实验结果证明,该方法可以有效地提 高涡轮叶片转速与叶尖间隙的同步测量的稳定性及精度,测速相对误差为 1% ,叶尖间隙测量误差为 23 μm。     

FBG 传感技术在飞机机翼动态形变监测中的应用

机翼是飞机的关键部件之一,在飞行过程中对机翼形变进行在线监测,有助于提升飞机的安全性能及任务执行能力。 为此,本文提出一种基于光纤布拉格光栅传感技术的机翼动态形变测量系统;理论分析了 FBG 波长变化量与机翼表面曲率变 化的关系,利用 FBG 温度传感器实现应变补偿,利用三次样条插值实现离散曲率的连续化,采用基于连续曲率的形变重构算法 实现机翼形变测量;在 CA42 飞机的 4 个翼面上布置了 36 个 FBG 应变传感器,4 个 FBG 温度传感器,通过地面静力试验得到了 机翼的形变测量误差为 2. 5% ;最后,针对机翼动态形变测量系统开展了飞行试验,试验过程完整地记录下了机翼表面的应变、 温度及形变信息。 试验结果表明,由机翼形变产生的翼梢位移量正比于机翼法向过载,系数分别为 86. 33 mm/ g(左机翼)及 80. 04 mm/ g(右机翼),翼梢最大位移量 250 mm,发生在法向过载为 2. 25 g 的时刻。 此外,飞机机动半径越小,机翼形变量越 大。 机翼动态形变测量系统体现了良好的工程适应性。     

飞机短舱环境温度飞行试验及某飞机试飞结果分析

发动机作为热机械装置其产生的大量的热以热辐射、对流方式传递给发动机附件及其舱内的飞机附件,造成发动机舱内的热环境。如果舱内环境温度较高,会导致附件损坏或者异常。因此试飞中舱温成为必要的测量和考核参数。本文建议通过短舱中加装环境温度测量的方法进行考核,建议了传感器的选型、加改装等。最后,列举了某型飞机短舱环境温度试飞,结果表明该测量、测试方法可行、可靠。     

不同流量系数下叶顶间隙对离心压缩机模型级性能的影响

通过CFD技术,分析了不同流量系数下叶顶间隙对离心压缩机模型级性能的影响。结果表明,对于中、小流量系数模型级,叶顶间隙越大,其效率曲线下降越大,而对于大流量系数模型级,有一定的叶顶间隙可改善叶轮内流场,反而有利于离心压缩机效率性能。无论何种流量系数模型级,存在一定的叶顶间隙则可提升能头曲线。     

基于触发脉冲的涡轮机械叶尖间隙监测方法

针对电涡流传感器在进行叶尖监测时因带宽不足导致的欠采样问题,提出了一种基于触发脉冲的叶片健康监测方法。通过对传感器在不同叶尖相对位置的灵敏度进行标定,获得传感器灵敏度与传感器探头到叶尖的距离及与叶尖重合度的函数表达式。在监测过程中,将叶尖间隙与叶尖计时数据相融合,通过叶尖计时的方法得到在各个数据点的采集时刻,计算传感器探头与叶片的重合度,结合标定得到的函数表达式,可分析得出各个数据点对应的叶尖间隙值,并通过搭建的叶尖间隙监测实验台进行了实验验证。结果表明,较于峰值定位法,所提出的触发脉冲法有效地解决了因电涡流传感器带宽限制引起的欠采样问题,改善了高线速度下叶尖间隙的测量准确性,为基于电涡流传感器的叶尖间隙主动控制及叶片振动监测提供基础。     

航空发动机飞行试验台电动油门系统的研制

为了满足航空发动机飞行试验台被试发动机试验的要求,研制飞行试验台电动油门系统。介绍了飞行台电动油门系统研制过程中的技术难点,电动油门系统的技术指标、组成、工作原理及试验过程。通过飞行台地面及飞行试验证明,研制的电动油门系统能保证空中使用环境的要求,满足飞行台试验过程中对被试发动机状态变化控制的要求。     

直升机疲劳载荷谱的编制方法研究

对高周疲劳环境下直升机疲劳载荷谱的编制方法进行了研究,采用某直升机尾桨叶飞行实测数据,对飞行实测到的１８３个飞行状态分别进行统计处理,假设检验及回归分析,确定了每个飞行状态的载荷分布类型及状态损伤,最后压缩归并成对尾桨叶造成损伤比较在的１８种飞行状态,编制了建立在统计基础上的尾桨叶实测疲劳载荷谱。文中还对载荷谱的高载截取和低载截除进行了分析讨论。提出了适合工程应用的高、低载截取（除）准则和编谱方法     

对旋轴流风机叶顶间隙对其气动噪声的影响

为探究改变叶顶间隙对矿用对旋式轴流风机气动噪声的影响，建立不同叶顶间隙的风机三维模型，并结合风机性能试验验证模型的正确性。利用Fluent对风机进行定常模拟、非定常模拟和噪声预估，分析了声功率级和声压级随叶顶间隙的变化情况。结果表明：叶根与轮毂交界处、叶顶间隙处和相邻两叶片中间部位的声功率级随间隙的增加而增大，且叶顶处吸力面声功率级高于压力面。不同间隙下风机的A级声压值总体上呈先急剧下降后上升再逐渐下降的趋势，间隙变大后，风机在各监测点处的A级声压值随之增大。与高频处相比，间隙对中低频处的A级声压值影响更加显著。     

带飞行控制系统飞机颤振试飞的结构动响应研究

对带飞行控制系统飞机在颤振飞行试验中的结构动力响应分析进行了研究,建立了采用FES(flight excitation system)系统激励和小火箭激励两种方式的动力学分析模型,在此基础上构建了软件分析平台并对某型带飞行控制系统飞机进行了应用,为该飞机颤振试飞激励方式和参数选取提供了参考依据。最后提出了气动伺服弹性和结构动响应研究下一步的发展方向。     

Numerical study on flow characteristics at blade passage and tip clearance in a linear cascade of high performance turbine blade

A numerical analysis has been conducted in order to simulate the characteristics of complex flow through linear cascades of high performance turbine blade with/without tip clearance by using a pressure-correction based, generalized 3D incompressible Navier-Stokes CFD code. The development and generation of horseshoe vortex, passage vortex, leakage vortex, tip vortex within tip clearance, etc. are clearly identified through the present simulation which uses the RNG k-ε turbulent model with wall function method and a second-order linear upwind scheme for convective terms. The present simulation results are consistent with the generally known tendency that occurs in the blade passage and tip clearance. A 3D model for secondary and leakage flows through turbine cascades with/without tip clearance is also suggested from the present simulation results, including the effects of tip clearance height.