燃油计量型孔几何正反设计方法研究

针对燃油计量活门特殊型孔的几何型面问题,提出了1种分段分析的设计方法。在已知燃油流量和计量活门位移函数关系的条件下,根据随动活塞和燃油流量的函数关系,利用分段型面设计法进行正向设计,在已知计量活门几何型面的条件下,确定开度与随动活塞位移之间的函数关系,进行反向设计用于计算仿真。结果表明,在计量活门工作范围内,正向设计计算结果与实际数据的最大相对误差小于0.5%,证明正向设计方法具有很高的准确性;通过1组实例对正反向设计进行了相互验证,证明反向设计方法具有工程实用性。     

活门型孔“化方为圆”算法

通过对航空发动机控制系统活门型孔的流量系数稳定性控制的方法进行研究,提出了一套能够将方形活门型孔转化为有规律排列组合小圆孔的算法,并通过实例验证了算法的正确性,同时转化误差小于0.7%,基本实现了工程意义上的等流量系数。该算法将加工工艺性差且计量精度低的方形活门型孔转化为有规律排列组合小圆孔,消除了方形型孔流量系数变化的影响,改变了活门型孔加工方法,减少了对人和环境的危害,提高了活门型孔的计量精度,减小了活门的液动力,具有极大的工程应用价值。 该算法可以实现将方形、梯形（含三角形）及其组合型孔等任意型孔的转化,具有工程上的普遍适用性。     

U型节流槽等压差活门内流场特性

以某U型节流槽等压差活门为研究对象,开展了内流场性能数值模拟研究.基于三维建模造型技术对所设计的压差活门进行初步建模,然后采用周期性网格网格单元划分等压差活门的结构化网格;进而通过CFD数值模拟进行了内流场仿真分析,并对不同出口节流开度的等压 差活门模型进行了对比研究.内流场状态表明:U型节流槽等压差活门不同流量以及不同出口节流开度下在节流口处由于面积突变,压力梯度变化较大,等压差活门的压降主要集中在此处,且均存在一定范围低速团与二次旋涡流等.仿真结果预测的外特性性能表明:等压差活门的压差在不同流量工况下和相同流量的不同出口节流开度下,压差维持在0.9MPa左右,符合设计要求.且不同出口节流开度下压差变化趋势相似,出口节流开度越大,压差越大,小流量下相应更快.      

涡轴发动机燃油信号故障对策

某型涡轴发动机燃油计量活门位置信号失效后,采取直接停车的处理对策。为了提高燃油系统的可靠性和安全性,设 计了一种基于伺服回路校正的方法。在燃油计量活门位置信号失效后,通过在燃油伺服回路中串联1个校正器,使得校正后的通 路增益为1,计算出合适的电流继续控制燃油执行机构,可避免发动机停车,实现发动机稳定控制。采用基于单点积分的扫频法, 在半物理试验器上辨识出燃油执行机构的高精度数学模型,并根据数学模型设计了校正器的控制参数。在仿真模型、控制系统半 物理试验器以及发动机地面试验台对增加校正器的燃油系统进行试验验证。试验结果表明：该伺服回路串联校正方法可以在燃 油计量活门位置信号失效后,有效控制发动机在一定状态下稳定工作。     

燃油调节器计量活门自抗扰控制

为了消除某型燃油调节器计量活门控制系统受燃油油压扰动以及元件老化等因素的影响而导致计量活门位置控制所 受干扰，根据燃油调节器计量活门控制系统工作原理，采用机理建模的方法建立动力学方程；采用自抗扰控制方法对计量活门位 置进行控制，将燃油扰动等引起的非线性项集成为总扰动，设计线性扩张状态观测器进行实时观测并主动补偿；使用Matlab/Simu? link工具搭建仿真模型进行分析，将所提出的控制器与PI控制器进行比较。结果表明：在跟踪5 mm平滑输入，一定燃油阶跃扰动 情况下，自抗扰控制和PI控制的最大绝对误差分别为3.76459×10 -4 和8.20315×10 -3 ，均方差分别为1.78593×10 -6 和5.12835×10 -5 。 在跟踪正弦函数输入，一定燃油正弦扰动情况下，自抗扰控制和PI控制的最大绝对误差分别为2.62611×10 -3 和9.03823×10 -3 ，均方 差分别是5.71403×10 -4 和7.77306×10 -3 。所设计的控制器能有效估计并补偿扰动，比PI控制器具有更强的抗燃油扰动能力，鲁棒 性更强，提高了计量活门位置控制精度。可为后续的抗扰动控制算法改进和后续试验研究提供思路及理论指导。     

回油型面结构对计量装置特性影响研究

为评价回油型面结构对燃油计量装置特性的影响,以Matlab为平台建立了燃油计量装置仿真模型,采用相同输入量对三角形、矩形和圆形回油型面结构进行仿真计算,并对其仿真结果进行对比和分析。结果表明:3种回油型面结构对装置的计量特性都有较大影响,在相同条件下,三角形回油型面结构的计量特性最优,而矩形回油型面结构的最差;当活门开启时,矩形及圆形回油型面结构的开度面积及流量特性都会出现震荡现象,而三角形回油型面结构则是稳定的。     

某型涡轴发动机等压差活门建模分析

考虑某型涡轴发动机燃油流量调节器通道截面的局部能量损失,推导出流经计量油针的燃油流量方程,在此基础上详细分析等压差活门的功用、结构组成及其工作原理,以连续方程和力平衡方程为基础,采用线性化处理方法,建立等压差活门的数学模型。通过分析等压差活门系统结构,得到等压差活门系统的传递函数,进而对其稳定性进行分析,计算单位阶跃输入的稳态误差。结果表明:以流量方程和力平衡方程为基础建立等压差活门数学模型的方法可行,分析出等压差活门稳定工作条件和稳态误差的主要影响因素,并且为燃油调节器数学模型的建立以及仿真计算奠定了基础。     

燃油调节器起动供油特性研究

燃油调节器的起动供油特性的优劣,直接关系到发动机的点火能否成功。以弹用发动机燃油调节器起动供油装置为研究对象,建立起动供油系统的数学模型,并运用AMESim建立其仿真模型。重点分析了对起动供油特性起决定作用的关键部件——恒流量活门组件,得到了恒流量活门的初始开度、直径、节流孔直径、弹簧刚度、弹簧预紧力及喷嘴直径等设计参数变化对燃油调节器起动供油特性的影响趋势,为液压机械装置的设计、改进、改型和性能优化提供了理论依据。     

飞机排气活门流量特性的数值模拟

为了精确调节飞机座舱压力,应用CFD软件对排气活门的二维流场进行了计算,得到了特定高度和开度下舱内压力分布以及活门最大流量所对应的飞行高度。计算还给出了不同飞行高度、不同开度下的活门流量,从而绘制出了排气活门的流量特性曲线,获得了排气活门的基本流量特性规律。     

燃油计量装置回油型面特性分析

回油型面会影响活门动、稳态特性,体现活门回油能力,决定活门流量、压力增益及流量-压力系数等特性。提出了等面积法分析回油型面理论,研究了三角形、矩形、圆形、锥形4种回油型面特性,探讨了型面与流量、压力增益及流量-压力系数的关系,揭示了型面特性的变化规律。     

航空发动机加力燃油总管的数值计算分析

采用商业软件对航空发动机加力燃油总管进行了数值计算,研究了喷油孔的附面层与质量流量的关系,同时分别对喷油孔允许的最大和最小值进行数值模拟,就其流量值与设计值进行了对比。结果表明:喷油孔的加工质量对加力燃油总管流量的影响很大,喷油孔必须按照公差等级Ⅰ的规定进行加工,以保证其质量流量满足设计要求;对于小孔径结构的数值计算,只有充分考虑附面层的因素,才能提高数值计算的准确性。     

基于真实密度比的单/三排扇形孔气膜冷却性能及流阻特性

在真实密度比条件下对单排和三排的扇形气膜孔的传热和流阻特性进行了实验研究。采用压敏漆（PSP）技术对单/三排定出口宽度的扇形孔进行风洞实验,研究了在真实密度比条件下不同孔形参数的扇形气膜孔的传热和流阻特性的差异,得到了不同孔形参数的扇形孔出现冷气射流吹离热侧壁面的大致临界吹风比以及实现展向平均气膜冷却效率最高的孔型结构参数。实验结果表明:在所研究的孔形参数范围内,扇形孔在吹风比小于1.5时没有出现冷气射流吹离壁面的现象,且倾斜角为20°、扩散角为15°的扇形孔的气膜冷却性能最好;而当吹风比为2.0时则出现了不同程度的吹离热侧壁面的现象,且倾斜角为25°、扩散角为10°的扇形孔的气膜冷却效率最大。此外,倾斜角为25°、扩散角为13°和倾斜角为30°、扩散角为10°的扇形孔流量系数最高。      

降低含多孔带板应力集中的有限元研究

在飞机和船体结构设计中,由于管路穿行、电缆布置等总体布局要求,在机翼梁的腹板上的指定位置开有多个孔,引发多个孔应力互相干扰。利用ANSYS有限元软件分别对圆孔间距、圆孔数和方形孔圆角半径对含孔带板应力集中系数的影响进行了分析,并与特定情况的试验值进行了对比,两者基本一致。研究结果表明:在孔数一定时,对于不同的孔间距,存在不同的最佳值,使应力集中系数得到最有利的缓和,且板宽对该最佳值的影响不大;对于方形孔, 当圆角半径为1/14方形孔边长时,对缓和应力集中系数最有利。文中并给出了特定情况下最有利于降低应力集中系数的孔的个数。     

不同孔型对高超声速逆喷流气膜冷却影响

主要对不同孔型在不同质量流量下对高超声速逆喷流气膜冷却影响规律开展研究,得到不同孔型对气膜冷却效果的影响规律。采用CFD计算方法,对飞行高度为50 km,飞行马赫数为15条件下圆柱孔、收缩孔、扩张孔、收缩-扩张孔4种孔型开展研究。研究显示:小流量供气时,收缩孔和圆柱孔会出现长穿透模态(LPM)工作状态,扩张孔和收缩-扩张孔则不会出现;随着喷流流量的增大,喷流会从LPM转向短穿透模态(SPM),此时继续增大气膜喷流流量,并不会显著增大冷却收益。综合整个流域的变化,扩张孔在高超声速飞行器头部逆流喷流气膜冷却中是比较稳定可靠的气膜冷却孔。     

带60°肋U型通道中气膜孔对通道换热特性的影响

以航空发动机涡轮叶片中段内部冷却通道为研究对象,将其简化为带肋变截面U型通道。对通道内有气膜出流时的换热特性进行了实验研究。实验模型中,矩形肋对称布置在上下2个表面,气膜孔仅布置在第2通道内。文中定义了气膜开孔率的概念,采用单元分析法研究了气膜开孔率和出流比对通道内单元努塞数分布和第2通道压力分布的影响。实验结果表明,气膜出流比一定时,随着开孔率的增加,换热增强;在两肋之间的3个气膜孔中,肋后孔对通道换热影响最大;气膜出流比与通道努塞数的关系为二次曲线。      

航空复杂壳体深小孔的高效精密加工技术

针对某类复杂壳体深小孔数量多、孔径小、长径比大、精度要求高的特点,在优化设计枪钻切削刃及冷却孔结构的基础上,将枪钻、直槽内冷钻等新型孔加工刀具与加工技术应用到卧式加工中心上,研究开发孔径Φ2~Φ10、长径比20~60深小孔的高效加工方法和加工工艺,优化得到符合要求的最佳切削参数,并建立深小孔高效加工切削参数数据库。实践表明,这一技术将深小孔加工效率提高30%以上,加工质量显著改善,有效解决了深小孔的高效精密加工问题。     

Experiments on film cooling with sonic injection into a supersonic flow

Film cooling experiments with sonic injection were conducted to investigate the effects of the number of the injection holes, the mass flow ratio, and the hole spacing on the film cooling effectiveness. The mainstream was obtained by the hydrogen-oxygen combustion, entering the experimental section at a Mach number of 2.0. The nitrogen with ambient temperature was injected into the experimental section at a sonic speed. The measured mainstream recovery temperature was approximately 910K. The mass flow ratio was regulated by varying the nitrogen injection pressure. The experimental results show that for the investigated cooling surface, the cooling effectiveness increases with the increase in the number of the injection holes with other parameters held constant. For a fixed cooling configuration, the cooling effectiveness increases with the increase in the mass flow ratio. Different from the subsonic film cooling, the optimal mass flow ratio is not observed. When the hole spacing is less than 4, no obvious difference is observed on the cooling effectiveness and lateral uniformity. With the mass flow ratio increasing further, this difference becomes much smaller. The shock wave also has an effect on the cooling effectiveness. Downstream the incident point of the shock wave, the cooling effectiveness is lower than that in the case without the shock wave.     

孔排布局对叶片前缘气膜冷却的影响

采用放大的半圆柱状表面模拟涡轮叶片前缘的形状,对叶片前缘单排及两排圆柱形孔的气膜冷却效率进行了测量。试件表面交错地开有 6排孔,以驻点为起点,位置分别在± 1 5°,± 4 0°及± 60°处,各排孔的孔间距均为 3个孔径,孔轴线与表面在展向及流向的夹角分别为 30°及 90°,孔长与孔径比为 4。主要对比研究了 3种单排气膜孔不同孔排位、3种两排气膜孔不同孔排位及 1种三排气膜孔的布局对孔排下游冷却效率的影响。结果表明 :在同样二次流流量条件下,冷却效果好的单排孔位置依次为 60°,4 0°,1 5°,冷却效果最好的两排孔位置组合为 ( 40°,60°)。结果还表明 :在较大的二次流流量条件下,采用单排孔、两排孔或三排孔冷却方案对孔排下游的冷却效果影响不大;但在较小的二次流流量条件下,从冷却效果看,较好的孔排冷却方案依次为 :三排孔、两排孔及单排孔。实验参数范围是 :主流雷诺数 Re=4 2 0 0 0～ 1 2 70 0 0,平均吹风比 M =0.5～ 2.0