变海拔环境下离心压气机叶轮多场应力响应

针对车用涡轮增压器离心压气机叶轮在变海拔环境下可能出现的静强度失效问题,开展了叶轮在变海拔环境下多场载荷及应力响应的变化规律研究。采用单向稳态流体与固体耦合的方法,计算了叶轮在气动载荷、热载荷以及离心载荷作用下的单场应力以及多场耦合应力。结果表明：在真实流量、真实转速不变,仅根据海拔高度不同改变进气压力与进气温度时,叶轮进口流动角随着海拔升高而增加,导致高海拔环境下长叶片前缘静压差较大,最大气动应力从长叶片尾缘转移到前缘,叶轮的热载荷、热应力以及最大多场耦合应力随海拔升高而减小;在增压发动机工况不变时,随着海拔的升高,叶轮气动应力与热应力的绝对变化较小,压气机转速上升带来较大的离心应力增幅,进而导致耦合应力的增加。     

车用涡轮增压器压气机叶轮多载荷应力分析

以某型增压器压气机叶轮为研究对象,在叶轮气动数值计算的基础上,考虑温度载荷的影响,采用单向流固耦合的方法,分别对离心压气机在近阻塞工况点、最高效率点和近喘振工况点下的叶轮应力进行分析,讨论气动载荷和温度载荷对压气机叶轮应力的影响.建立涡轮增压器压气机叶轮流固耦合计算方法,分析得到不同工作工况时叶轮应力分布情况和离心压气机叶轮最大等效应力发生的位置及其强度的大小,为进一步叶轮结构优化提供依据.     

车用涡轮增压器轴向力数值计算

运用NUMECA的三维粘性流动数值计算软件FINE/TURBO对压气机级和涡轮级的流场进行研究;运用FLUENT软件对两叶轮背部间隙流场进行计算.对数值计算出的压气机和涡轮叶轮的表面及背面压力分布进行积分,最终得到轴向力.     

液体火箭发动机涡轮泵轴承支承刚度及轴向位置对转子系统临界转速的影响

临界转速是液体火箭发动机涡轮泵转子系统的主要动力特性参数之一,随着转子系统工作转速的不断提高,临界转速对保证发动机安全可靠运行至关重要。建立涡轮泵转子系统的动力学模型,计算其临界转速,分别研究泵端和涡轮端轴承支承刚度和轴向位置对临界转速的影响,为液体火箭发动机涡轮泵转子系统结构设计、诊断与维护提供理论依据。     

双列角接触球轴承动刚度特性分析

为研究双列角接触球轴承动刚度特性,在双列角接触球轴承动力学分析基础上,建立双列角接触球轴承动刚度仿真分析模型。采用精细积分法和预估-校正Adams-Bashforth-Moulton多步法相结合的算法对双列角接触球轴承动刚度模型进行求解,分析轴承结构参数和工况参数对轴承动刚度的影响。分析结果表明：沟曲率半径系数对轴承动刚度影响较小,随着内、外沟曲率半径系数的增加,径向刚度略有增大,轴向刚度和角刚度相对减小;增加钢球数有利于提高轴承动刚度;轴向预紧量较大时轴承动刚度较高,但过大的轴向预紧会使轴承寿命降低,应合理确定轴向预紧量;随转速的增大,轴承动刚度先减小后增大,且转速较低时可近似以接触刚度代替轴承动刚度,转速较高时应综合接触刚度和油膜刚度求得轴承动刚度;外载荷对轴承动刚度有较大影响,加大径向载荷和轴向载荷有利于提高轴承动刚度,随着力矩载荷的增大,轴承动刚度变化较为复杂,但整体上,呈现先减小后增大的趋势。     

水下航行体燃气涡轮机工作特性数值研究

基于求解雷诺平均的NAVIER-STOKES方程组,对水下航行体涡轮机的工作特性进行了数值计算,研究了水下航行体涡轮机气动性能的主要参数（涡轮功量、流量和效率）与状态参数（转速、膨胀比）之间的关系,分析了涡轮机通流部分各种损失的变化规律,为部分进气燃气涡轮机设计及工程应用提供参考。研究表明,涡轮机喷管流动状态不受其后叶轮的影响,只与涡轮机膨胀比有关;存在一个临界膨胀比值,涡轮机膨胀比大于此值时,喷管速度系数和总压恢复系数随膨胀比变化比较平缓,而小于时,喷管速度系数和总压恢复系数随膨胀比减小而急剧减小;存在一个临界膨胀比,使得涡轮机效率最大;膨胀比大于此值时,涡轮机效率随膨胀比减小而减小;小于此值后,涡轮机效率随膨胀比减小而急剧降低;同一膨胀比下,涡轮机转速减小,涡轮机效率降低。     

高原环境下离心式压气机通用特性研究

针对高原环境下工作的车用柴油机涡轮增压器,对离心压气机的通用特性进行了理论分析,采用数值模拟方法研究了高原进口条件及低雷诺数对于压气机特性的影响。通过改变不同条件下压气机的进口参数,采用折合流量和折合转速的方法对压气机的性能进行对比分析;讨论了高原环境下进口温度和进口压力的变化对压气机折合特性的影响,研究了低雷诺数对压气机内部流场的影响,得到了高原条件下压气机通用特性的变化规律。结果表明,高原条件下压气机进口压力减小导致雷诺数降低,引起压气机内部流动发生变化,是压气机性能下降的主要原因。     

离心压气机高原特性数值计算与分析

针对高原环境下工作的车用柴油机涡轮增压器,对压气机不同进口条件的影响进行了理论分析.根据流体物性对数值计算的影响提出了高原压气机的数值计算方法.通过数值仿真结果及其内部流场的对比分析,讨论了高原条件下压气机特性影响的关键因素和变化规律.结果表明：高原条件下等转速的压气机效率下降,压比上升.叶片前缘的激波损失和间隙流损失的加剧是高原条件下压气机效率下降的主要原因.     

液力变矩器流体-固体耦合压力脉动分析

在冲焊型高功率密度液力变矩器的设计过程中,需要考虑在油液非定常流动下叶片所受压力载荷脉动,以及在载荷脉动激励下结构的振动响应。采用基于动网格的流体-固体耦合方法,沿叶片入口至出口方向设定监测点,分析对应位置压力载荷脉动与叶轮振动时域特性,对载荷脉动进行频率转换并对叶轮模态进行频域分析。分析表明:涡轮叶片所受压力载荷脉动幅值最大处位于叶片入口与外环连接处;压力载荷脉动与叶片振动的幅值沿叶片入口到出口逐渐减弱,且随着速比升高载荷脉动幅值与叶片振动响应明显减弱;涡轮脉动峰值频率在叶轮第2阶与第3阶模态之间,随速比升高,压力载荷脉动频域幅值明显减弱。     

某涡轮叶轮强度振动寿命分析与评估

针对某型飞行器使用的高负荷涡轮增压器,对其涡轮关键件进行强度振动寿命的计算分析,并从力学角度对结构设计进行评估。研究结果表明,涡轮叶轮应力幅值区出现在进气端盘轴连接处,静强度安全系数为1.9,满足静强度设计要求;涡轮叶轮在工作转速下,具有不低于15%的共振裕度,满足动力学设计要求;涡轮叶片对应无限循环疲劳寿命的许用振动应力为116.4 MPa,可以确保其在各工况下满足可靠性设计要求;在标准飞行剖面下,叶轮寿命为5494次工作循环,满足寿命要求。     

部分进气燃气涡轮机叶轮流场数值模拟

基于求解雷诺平均的NAVIER-STOKES方程组,对部分进气燃气涡轮机叶轮内部流场进行全3D粘性定常数值模拟,研究了涡轮机叶轮内部流场精细结构。研究结果表明,本文所使用的数值模拟方法能够较好地捕捉部分进气燃气涡轮机叶轮内部存在的各种复杂流动结构;叶轮进口燃气超音速,导致叶轮入口产生激波,激波与边界层干涉,造成边界层分离,引起流动损失增大,从而影响叶片的载荷分布和涡轮效率;叶轮通道内部流动呈强3D特性,存在各种旋涡结构;部分进气设计和叶轮高速旋转,使叶轮受到强烈的交变力冲击,对叶片应力分布产生不利影响。该方法为部分进气燃气涡轮机设计及工程应用提供参考。     

YRT转台轴承摩擦力矩特性研究

为研究YRT转台轴承的摩擦力矩特性,在对其静力学分析基础上建立了摩擦力矩模型,并对摩擦力矩模型进行了试验验证。基于模型计算结果,分析了工况参数、轴向游隙和滚子修形对摩擦力矩特性的影响规律。结果表明：YRT转台轴承在承受轴向载荷时,摩擦力矩主要由上排滚子产生,且摩擦力矩曲线上存在一拐点,拐点前后摩擦力矩与轴向载荷基本呈比例关系,但比例系数不同;在低速范围内,摩擦力矩随着转速的增大逐渐增大,但总体变化幅度较小;YRT转台轴承摩擦力矩随轴向游隙的减小逐渐增大,且增幅逐渐增大;使用全凸圆弧修形滚子可以有效地降低摩擦力矩。     

高速部分流泵轴向力的影响因素分析

分析了入口压力、液体密度和平衡孔的开设位置对泵转子轴向力的影响,并得出了上这因素变化时轴向力的变化规律。这可为平衡轴向力、解决水力试验和现场运行之间的矛盾提供理论依据。     

叶尖间隙对弹用跨声速及亚声速压气机动叶的影响

为了平衡弹用涡轮发动机的制造成本与气动性能,采用三维数值模拟方法,研究了叶尖间隙高度对跨声速及亚声速压气机动叶的影响。结果表明,叶尖间隙对跨声速与亚声速压气机动叶影响有显著差异,其中,对亚声速动叶的影响可以忽略,但对跨声速叶片影响很大。对于跨声速叶片,随着间隙增大,叶片增压比、最高效率逐步减小,熵增区域也发生了显著改变。因此,相比亚声速动叶,跨声速动叶叶尖间隙的公差范围需更为严格。     

后弯压气机设计的分析研究

后弯压气机较径向压气机具有高效率区流量宽广,且压气机效率高的优点,使得与后弯压气机相匹配的发动机的动力性、经济性得到改善。本文论述了为设计后弯压气机,而做的后弯模型叶轮试验研究,国外后弯压气机叶轮测绘分析工作,以及在此基础上对优秀样机所做的叶轮成型规律和方程建立工作,这些工作为自行设计后弯压气机提供了有益的参考。     

H1F涡轮增压器混流涡轮级的CFD研究

利用三维CAD软件Pro/E建立了H1F涡轮增压器混流涡轮级三维流道模型,利用商用CFD软件Numeca对涡轮内流场进行了模拟.控制方程使用Baldwin-Lomax模型,选用S-A湍流模型,计算出了涡轮级的流量和效率特性,并与试验数据进行了对比,同时计算得出了叶轮流场分布.结果表明,混流涡轮有利于发动机脉冲排气能量的利用,所设计的混流涡轮轮缘处流动情况较差.