三级增压级试验件性能试验研究

本文针对大涵道比涡扇发动机增压级部件关键设计技术,对某型三级增压级试验件进行了总性能试验、级间参数测量试验、进气压力畸变试验以及声学测量试验等多项研究,深人分析了其试验数据。试验结果表明：增压级性能在全工况下达到或超过设计要求,级间匹配性能良好;综合畸变指数随着进口马赫数的增加而增加,跟均匀进气时相比,畸变时稳定工作边界向右下方偏移,喘振裕度相应减小：低转速时,增压级噪声的主要成分是叶片通过频率（BPF）及其谐波,但在低频区间上,许多离散的非BPF谐波分量也具有很大幅值,随着转速的提高,噪声频谱中的主要成分更加集中到BPF及其谐波分量上。     

大涵道比航空发动机风扇/增压级鸟撞性能数值模拟研究

针对民航客机涡扇发动机鸟撞问题,以某民机大涵道比涡扇发动机风扇/增压级为研究对象,将风扇鸟撞造成的缺损进行简化,构建了四种简化的鸟撞损伤模型。在此模型的基础上,采用数值模拟方法,预测和分析鸟撞损伤引起的风扇气动性能变化。通过分析得出,鸟撞后风扇流量、压比、效率、裕度均显著下降,缺损超过两片叶片后性能显著恶化。其中靠近损伤叶片吸力面一侧的叶片入口攻角增大,产生流动分离,是造成风扇裕度下降的关键叶片。     

民用大涵道比涡扇发动机吸鸟过程动态性能仿真研究

为验证民用大涵道比涡扇发动机对《航空发动机适航规定》CCAR33.76吸鸟适航条款的适用性,针对吸鸟条款中的中鸟附加完整性子条款开展数值仿真研究。基于风扇叶片鸟撞过程动力学仿真结果及鸟撞前后风扇特性数值计算结果,以某型发动机为例建立吸鸟过程动态性能仿真模型,完成了发动机从吸鸟开始到最终稳定的动态过程仿真,获得了吸鸟过程及最终稳定后的性能变化情况。结果表明:吸鸟后发动机性能急剧变化的主要因素是风扇叶片的塑性形变,通过起飞状态发动机吸鸟前后稳态节流特性对比,起飞推力下降约8%,满足持续的功率或推力损失不超过25%的条款要求;随着转速下降,风扇外涵喘振的风险极高,需改进设计保证吸鸟后风扇外涵仍具有足够的裕度;吸鸟前后,涡轮进口温度及发动机排气温度均下降,不存在超温风险。     

变循环压缩系统单外涵模式外涵节流特性分析

为了解某双外涵变循环发动机压缩系统的风扇、核心机驱动风扇级(CDFS)和高压压气机三者之间的流动匹配机理,利用流体力学软件Numeca,在三个典型内涵道背压下,获得了单涵道模式下的外涵道节流特性。结果表明：对外涵道的节流可以实现涵道比的大幅度调节,可以通过影响风扇和CDFS的工作状态来实现外涵道增压比和内外涵道绝热效率的大幅度调节。     

增压级末级流路和末级静叶安装角优化设计

为了改善增压级流场特性、提升包括增压级在内的低压压气机部件的性能水平,本文开展了增压级末级流路和末级静叶安装角的优化设计。通过优化增压级末级动叶和静叶的进口马赫数,验证了末级流路大曲率变化特征对于叶片根部流场的影响;通过优化末级静叶的安装角,降低了内涵支板对上游流场的堵塞效应;在此基础上,实现了低压压气机部件性能水平的提升。三维数值求解结果表明,低压压气机部件设计工况的效率提升了0.30个百分点;末级静叶进口静压的最大值下降了约2 000 Pa,进口静压的周向不均匀性明显降低。本文的研究成果在大涵道比航空发动机压缩部件的气动设计中具有重要的工程应用价值。     

压气机对发动机性能影响的研究

随着汽车排放法规的日益严格,汽油机增压小型化是当前的发展趋势。我们基于某小排量三缸汽油机,对匹配不同压气机的发动机进行研究,从发动机动力性、经济性、排放三个方面对比分析。在压气机和发动机匹配方面,通过分析压气机和汽油机联合运行性能,主要包括喘振裕度、拥塞线、超速,结果表明Trim值小的压气机更有利于发动机的性能。     

船用燃气轮机压气机多级可调静叶优化匹配方法研究

作为防止燃气轮机喘振的有效手段之一,可调静叶技术的应用能够提升压气机在非设计工况下的效率和运行范围,从而提高燃气轮机变工况下的经济性和稳定性。以某型船用三轴燃气轮机为研究对象,建立压气机一维性能分析模型与燃气轮机零维仿真模型耦合的变维度燃气轮机仿真模型,以经济性和稳定性为优化目标,通过多目标遗传算法对低压压气机多级可调静叶进行优化匹配。结果表明:优化后的可调静叶方案能提高压气机的喘振裕度并降低耗油率;静叶处于不同优化角度方案时,不同工况下压比-流量共同工作线上压比最高提升2.17%,效率-流量共同工作线上效率最高提升4.34%,折合转速提高3%～4%。     

柴油机相继增压切换过程阀门耦合控制研究

为解决相继增压系统切换过程中压气机喘振和倒流问题,建立了GT-Power/Simulink相继增压系统耦合仿真计算模型,并对切换过程压气机动作延迟时间的影响规律进行研究。仿真结果表明:压气机延迟关闭可以避免压气机的喘振现象;压气机延迟开启可以避免压气机的倒流现象。合理的阀门控制策略可以使切换过程增压压力的波动减少9.3%～21.6%。     

风扇/增压级端区流动优化设计研究

以某大涵道比风扇/增压级为例,针对风扇/增压级三维数值模拟中转子端区存在的流动分离现象,开展端区流动优化设计。通过分析可知在风扇转子和增压级转子根部均存在较强的二次流,利用波浪内壁改变流道曲率,降低了风扇根部的径向迁移流动,消除了增压级转子根部分离,有效提高了风扇/增压级内涵效率及失速裕度。同时,对于增压级转子叶片还尝试了采用J型积叠的方式开展端区优化设计,三维计算表明采用弯曲动叶同样可以有效改善转子根部的二次流动,消除流动分离。     

多级压气机快速三维数值模拟

发展了一套用于多级轴流式压气机的快速三维计算程序。对某涡扇发动机风扇/增压级算例的计算结果显示,本程序能够快速的模拟复杂结构压气机内的流动,并得到变工况的特性参数。但在激波捕捉上有一定的偏差,因此在高跨音速或超音速情况下,计算结果不是很准确。     

工业燃气轮机进气室设计参数对压气机进气均匀性影响的数值研究

为了降低径向进气室对压气机通流性能的影响,通过三维数值仿真对进气室的设计参数进行了研究。首先,量化评价了不同的进气室平直段子午型线对压气机进气均匀性的影响,然后对进气室支板与平直段支撑筋之间的相对角度进行了研究。研究结果表明：压气机的通流裕度对进气室平直段的型线较为敏感,需要谨慎修型以确保通流性能不会衰减;进气室平直段型线的改型主要诱发压气机进口径向叶尖的旋流畸变;而进气室支板与平直段支撑筋之间相对角度的改变对压气机进口的周向叶根畸变略有影响,支板与支撑筋重合会导致进气室的压损增加,压气机的喘振裕度略有下降,建议支板与支撑筋错开一定角度。     

喘振发生前车用涡轮增压器离心压气机非稳态流动分析

喘振现象及其机理的研究一直是涡轮增压领域重要的课题,对JP60离心压气机在120000r/min最高压比点前、最高压比点附近、最高压比点后和临近喘振点附近4个工况点进行了非稳态模拟计算,并对压气机各部件的非定常流动现象分别进行了分析,重点分析了叶轮尾缘回流涡随流量减小对叶尖泄漏涡和前缘涡的影响,明确了尾缘回流涡形成及其...     

压气机动态模型的建立及喘振过程分析

在SIMULINK环境中,建立了压气机动态数学模型。为了模拟压气机喘振和旋转失速现象,压气机特性图被延伸到负流量区域,还考虑到了气体通过压气机的延迟。模拟了压气机的喘振过程,并对压气机压力信号进行FFT变换,检测了压气机喘振。仿真结果表明:模型能预测压气机喘振过程中压力、流量和转速的振荡频率和振幅;压缩系统的转动惯量、稳压室容积等结构参数影响喘振特性;模型动态调节特性好,可用于压气机控制系统模型,具有广泛实用性。     

基于CFD的某型发动机风扇性能衰退研究

利用CFD技术建立了风扇"0级静子+1级转子+1级静子"计算模型,分析了对风扇一级叶片性能的影响因素,研究了风扇性能衰退的机理和规律。在此基础上建立了某型涡扇发动机部件级数学模型,分析了风扇性能衰退对发动机性能的影响,并通过与实际试车数据的对比,验证了模型的可靠性。为监控发动机的状态变化和提高发动机维护水平提供技术支持。     

基于串列静子的高负荷风扇气动性能改善研究

为了提高某高负荷风扇的性能,针对其末级静子开展改型设计研究。采用串列静子方案改善原型单列静子分离严重、损失大、裕度低的问题,并采用仿真与叶栅试验的方法分析了串列静子前后两排叶片间周向相对位置和轴向相对位置变化对设计状态与非设计状态下叶栅气动特性的影响。结果表明：当串列静子两排叶片周向相对位置为0.7、轴向相对位置为0.065时,风扇具有较高的综合性能;串列静子可有效提高风扇末级性能、拓宽稳定边界,在1.0倍和0.8倍换算转速下,喘振裕度分别提高4.7%和8.6%,设计点效率分别提高1.4%与3.2%。     

燃气轮机压气机喘振及其控制算法

压气机是燃气轮机的三大部件之一,它运行的安全、高效对燃气轮机性能至关重要。本文扼要地介绍了压气机喘振的影响因素,分析了压气机的性能曲线和喘振线;在此基础上针对压气机某一种喘振控制策略,分析其各种控制设定曲线和控制算法。通过以上两方面的介绍,希望对燃气轮机压气机的喘振防治有所帮助。     

一种改善增压天然气发动机动力性的方法及试验验证

分析对比了各种增压方法的优势和劣势,提出向压气机后补气,即利用废气涡轮辅助增压系统(EAS系统)改善动力性的方法,并进行台架和整车试验验证。通过分析不同补气压力对发动机性能的影响,得到影响动力性的主要参数是进气压力;补气后喘振趋势增加,合理控制补气速率可以避免喘振。研究结果表明:此方法使发动机低速最大转矩提升率达50%,最大转矩转速向低速移动至900r/min(原机1 200r/min);补气后整车的起步、加速、爬坡性能也得到显著改善。     

某燃气轮机低压压气机加级设计方法研究

以某燃气轮机低压8级压气机为母型,开展加零级改进设计。通过对母型机进行分析,合理地选取匹配点,对压气机零级进行了一维、二维气动设计,最后对零级压气机叶片进行三维造型。数值结果表明:新设计压气机在设计转速7 450 r/min下,流量为123 kg/s,总压比为6.125,等熵效率为88.3%,喘振裕度为32.8%,达到了设计指标;新设计零级与母型机流场匹配较好;通过对压气机变工况性能进行分析,各主要运行工况喘振裕度满足10%设计要求。     

氦气离心压气机高压比设计研究

氦气离心压气机是预冷发动机氦回路的核心部件,但国内对氦气离心压气机的相关探究较少。为探究氦气离心压气机的压比设计方法,从离心压气机进口和出口速度三角形的角度,分析了出口安装角、滑移因子以及进气负预旋对叶轮做功的影响。提出了基于低出口安装角、高滑移因子和进气负预旋的高压比设计方法。根据此方法设计出了总压比为2.521、等熵效率为83.2%、喘振裕度为18.55%的氦气离心压气机,并通过数值模拟的方法对此压气机的气动特性以及流场进行了分析,证明了高压比设计方法的可行性。     

涡轴发动机试车台进气流场不均匀整治技术研究

为了使发动机涡轮前温度能在冬天试验时达到型号规范中规定的要求,涡轴试车台采用进气加温装置来实现发动机进气加温需求,但加温装置在使用时存在温差大、压力损失严重的现象,发动机进口气流出现了温度畸变,降低了发动机喘振裕度。针对此情况,提出涡轴发动机试车台进气流场不均匀整治技术,采用数值仿真方法优化进气加温结构设计,通过试验对出口压力温度进行验证,试验结果表明:该整治技术不但能将发动机进气温差控制在2.2℃以内,还可以有效弥补压力损失,满足型号试验要求,获得了高质量发动机进气品质。