双转子大涵道比涡扇发动机转子支承方案研究

航空发动机是典型的叶轮机械,每个转子至少需要2个支点,以确保航空发动机正常运转.本文以双转子大涵道比涡扇发动机为研究对象,梳理了部分成熟机型的转子支承方案,通过剖析各转子支承方案的设计意图和设计思路,分析各转子支承方案的优、缺点,为双转子大涵道比涡扇发动机转子支承方案设计提供了参考.     

雷诺数对大涵道比涡扇发动机性能的影响仿真

为了评估雷诺数对某大涵道比涡扇发动机的影响,利用Wassell等修正方法,对发动机主要部件的特性进行了雷诺数修正,并利用发展的性能仿真程序进行计算和对比。结果表明,在高空低马赫数下,雷诺数对大涵道比涡扇发动机性能影响较大,造成发动机的推力减小约1.98%、耗油率增大约3.04%,同时影响发动机的喘振边界及共同工作线,降低其可用稳定裕度。     

高涵道比涡扇发动机试验尾喷口碎屑分析

某高涵道比涡扇发动机试验过程中,尾喷口多次出现碎屑。收集碎屑后进行显微观察及能谱分析,结合发动机各部件使用的材料,初步确定了碎屑的材料类型。通过对发动机的分解检查,进一步明确了尾喷口碎屑的来源。经过对碎屑类型的统计分析,GH3536、GH4169、GH3030、氧化铝、镍石墨、非金属这6类碎屑出现的概率较高,均超过20%。其中,GH3536、GH4169主要来自于蜂窝、篦齿刮磨,GH3030来自测试压片的破裂脱落,氧化铝来自叶片动应力涂层的脱落,镍石墨来自支点镍石墨涂层的脱落,非金属则来自于滑油结焦脱落。对尾喷口碎屑来源的分析表明,碎屑主要来自于零部件的刮磨以及测试材料脱落,因此需关注蜂窝-篦齿的间隙设计值,加强对测试改装的管理,减少试车中多余物的产生,以保证试车安全。     

大涵道比涡扇发动机测量参数精度分配

在航空发动机性能试飞中,测量参数传感器型号及精度的选择对于试验结果有着重要的影响。通过对测量参数进行随机误差合成的计算方法和对输出结果参数进行随机误差计算的两种计算机能方法,对某大涵道比涡扇发动机稳态净推力进行误差分析,计算结果表明两种方法均可用于净推力的随机误差分析。基于该结论,在给定净推力精度要求情况下,以等影响原则对各测量参数进行误差分析,计算出该发动机在设计状态下的精度分配结果。虽然计算模型有一定的假设,但该结果可以作为论证测试方案以及改装时的参考,具有一定的工程实用性。     

基于不同载荷的大涵道比风扇气动噪声分析

对于齿轮驱动大涵道比涡扇发动机,载荷升高转速减小能够显著降低噪音。探究了载荷系数变化对大涵道比风扇气动噪声的影响。对设计完成的3款不同载荷的大涵道比风扇级进行了系统的声学特性分析。结果表明:无论是对于单转子还是风扇级,随着载荷系数的升高,噪声都逐步降低。超高载荷风扇转子的噪声与常规载荷风扇转子相比,降低了27.36 d B;相应匹配上静子以后,整个风扇级的噪声降低了18.03 d B。     

米勒循环发动机进气道优化设计

为了满足越来越严格的油耗法规要求,对某增压发动机进行米勒循环改造,通过利用CFD手段进行了三种进气道方案设计对比分析,并进行样机试验对比,结果表明：进气道滚流比的提升,可以大大增强缸内气流湍流强度,加快缸内燃烧扩散速度,燃烧速率较奥托循环气道提升22.2%。相比奥托循环,米勒循环外特性最大扭矩下降6%,额定功率下降2%,但米勒循环对发动机外特性的油耗降幅非常可观,低速工况降幅达到4%,高速工况降幅达到14.6%。     

汽车传动系统参数优化设计

主要研究将优化理论引入到汽车传动系参数设计中,以实现汽车的发动机与传动系的最佳匹配,达到充分发挥汽车整体性能的目的.     

齿轮减速器优化设计参数的转换

齿轮减速器的优化设计提高了设计的质量。但由于客观条件的千差万别,常常需要对不同设计要求的减速器进行优化设计。显然这是十分繁杂的工作。为了既能最大限度地满足不同设计要求的实际需要,又能简化其优化设计,本文以单级圆柱齿轮减速器为例进行优化设计,然后根据量纲理论,求出相似准则;通过简单的运算,将其优化设计参数转换为不同设计要求的其它齿轮减速器的优化设计中去。     

超高载荷大涵道比齿轮驱动风扇气动设计

增加减速比可以实现齿轮驱动风扇的转速变化。降低风扇转子转速,有利于降低风扇噪声和转子结构强度要求。应用一种大弯度低损失扩压叶型,进行大涵道比风扇转子气动设计,以降低风扇转子转速。由于该叶型弯度大,可实现超高载荷;构成的叶栅通道后部呈收敛状,可抑制附面层增厚,降低损失。风扇气动设计采用S1/S2两类流面设计方法,结合多点优化,所设计的超高载荷转子设计点效率为0.964 4,级压比达到要求(1.35),级效率为0.900 2、级喘振裕度46.19%。     

航空发动机涡轮盘结构化设计

提出一种新的涡轮盘结构优化设计方案,通过有限元方法对某航空发动机涡轮盘进行了结构优化,并对其进行强度分析和安全裕度检验以选取最优结构.在基准实心涡轮盘的基础上,按照质量最轻的设计原则对其截面进行了结构拓扑优化,得到一种新的空心涡轮盘;通过判断其安全裕度是否在许用范围,对该空心涡轮盘进行结构拓扑修正,得到另外一种新的空心涡轮盘,对基准实心涡轮盘与两种新的空心涡轮盘的结构强度进行了计算和安全裕度检验以及对比分析.计算结果表明:(1)在给定相同边界条件下,上述三种不同结构涡轮盘的结构强度均满足设计要求;(2)与基准实心涡轮盘相比,质量最轻的空心涡轮盘安全系数降低了25.23%,超出了安全裕度范围;(3)拓扑修正后的空心涡轮盘与质量最轻的空心涡轮盘相比,质量增加了1.08%,但最大等效应力和最大等效应变均有超过10%的降低幅度,安全裕度符合许用要求,选为最优结构.该优化方法对涡轮盘的结构设计具有借鉴意义.     

涡扇发动机模型辨识及其控制器设计

在涡扇发动机的实验数据的基础上,采用最小二乘方法和极大似然法对发动机的数学模型进行辨识,然后针对建立的数学模型设计有效的新型PID控制方法。通过仿真验证表明,采用系统辨识的方法得到的模型能较好地反映系统的性能,设计出的控制器也能明显提高控制器性能,满足发动机控制的需要。     

发动机悬置系统参数的优化设计

发动机悬置系统的动态特性对整车的行驶平顺性有一定的影响，通过调整发动机悬置系统的悬置结构参数，可降低汽车行驶时的振动响应，对发动机悬置系统优化设计进行了分析，并针对某车振动较大的问题，对其发动机悬置系统进行了动态计算与优化设计，通过改进设计，使原车的整车振动状况得到了改善。     

船用相继增压柴油机高温燃气阀的设计

论述了船用柴油机相继增压系统高温燃气阀及其执行机构的工况条件、设计要求和结构特点,介绍了阀门性能测试用相关标准和方法。     

Optimization algorithm for diesel engine operating parameters based on a vehicle driving test cycle

For compliance with stringent exhaust emissions regulations, diesel engines have been equipped with electronically controlled components. Hence, there are various engine operating parameters that must be optimized, however optimization of these parameters is complicated. The objective of this research is to provide a new optimization algorithm for the diesel engine operating parameters with consideration of the vehicle control strategy. To optimize engine operating parameters, the concept of the vehicle-based optimization has been introduced. The engine response functions for performance and emissions were determined using the design of experiments, the response surface method and regression method with various engine operating parameters. Then, the engine operating points of the vehicle during the test cycles were analyzed, and the fuel consumption and emissions were estimated. Consequently, the engine operating parameters at each operating point were optimized to reduce the fuel consumption and the emissions such as NOx and PM by using the gradient method. Moreover, a new optimization algorithm enables to optimize engine operating parameters in various test cycle without additional engine experiment.     

燃气喷嘴出口二维形状参数优化设计

国内外对燃气流道几何形状优化的研究还比较少,而生产企业一般通过尝试得到参数,缺乏理论依据.对燃气喷嘴出口处气体流动就是先采用二维模型进行的有限元模拟,给出出口处通道内流体的二维数学描述及数值处理方法,并采用四边形结构网格,考核了网格数和时间步长,对不同内部流道型线的喷嘴气体流动进行数值模拟.可以得到,对于窄矩形喷嘴,进口处的形状对流场运动的分布有较大的影响,轴对称收缩喷嘴的收缩角大小主要影响气流出口附近的流动,对流动具有不同的阻滞效果.     

Optimization the design of venturi gas mixer for syngas engine using three-dimensional CFD modeling

A venturi mixer prototype is developed for mixing air and synthesis gas or “syngas” as a fuel. Syngas is recognized as a viable energy source worldwide, particularly for stationary power generation. It has a very low energy density, so a mixer with λ (ratio of actual to stoichiometric air-fuel ratio) in the range of 1.1 to 1.7 is expected. In this study, three-dimensional computational fluid dynamics (CFD) modeling is used to investigate and analyze the influence of the throat diameter, gas chamber thickness and gas exits diameter on mixer characteristics and performance. Attention is focused on the effect of venturi mixer geometry on the air-fuel ratio, pressure loss and mixing quality. Based on the numerical results, an optimized design of venturi gas mixer is made. The optimized design has λ in the range of 1.2 to 1.3, and gives very good mixing quality and acceptable pressure loss. The CFD results are validated with experimental data. The CFD results show good agreement with experimental data.     

高偏振消光比铌酸锂波导调制器光路设计

设计了一种新的光路结构,用于提高LiNbO_3波导相位调制器的偏振消光比。光路特点是,在质子交换波导3dB功分器的输入端同基构造了Ti-LiNbO_3波导模式分离定向耦合的结构以实现TE导模与TM模分离,Y分支波导位置下沉以避免前向TM辐射模的窜扰。效果表现为,与保偏光纤端耦合寄生的TM辐射模得到了有效抑制,寄生的TM导模被定向疏散。1 550nm波长的BPM仿真运行表明,设计光路的偏振消光比达到87dB以上。