摘要：优化设计可有效减少对人工设计经验的依赖,改善压气机几何气动性能设计的难度,缩短压气机设计的周期。为克服压气机叶片几何气动性能优化设计中高维、耗时、黑箱三大难题,本文回顾近40年来在压气机气动外形参数化方法、数值计算技术、优化算法三个方面的研究进展;总结了机器学习及数据挖掘、基于不确定性的鲁棒性优化设计理论的研究进展;指明优化设计可探索压气机几何形状最佳气动性能极限,并总结和展望了压气机叶片优化设计方法的发展方向。

摘要：为获得压气机叶片叶根轮槽区域的物理场分布状况、降低其型线优化的时间成本,提出一种叶根轮槽物理场预测模型及快速优化设计方法。选取叶根轮槽的关键几何参数作为设计变量和状态变量,建立了参数化模型;基于深度图卷积神经网络,构建了叶根轮槽区域物理场快速预测模型,通过对比有限元分析结果验证了模型的预测精度;基于预测模型和遗传算法,进行了叶根轮槽型线的快速优化设计。结果表明:利用所提预测模型对单个设计工况的分析相比于有限元分析的加速效果达到103量级,位移和应力预测值的变化趋势与有限元分析值的变化趋势一致,最大总位移的相对预测偏差在±1%范围附近,最大等效应力相对预测偏差在±5%范围内;优化后压气机叶片叶根轮槽的最大等效应力由240.96 MPa降低至206.37 MPa,减小了14.36%,优化效果明显。

摘要：本文将两种单级低反力度压气机的设计思想应用于多级低反力度压气机设计,初步设计了一台四级低反力度高负荷压气机。在一维设计中初步确定四级低反力度压气机的各级参数,使用三维数值模拟计算对一维设计结果进行评估,同时对四级低反力度压气机三维数值模拟结果的整体性能和内部流动进行初步分析。结果显示,四级总压比能达到6以上,设计点附近效率不低于88%,末级静子中的流动分离也在可控制的范围内。

摘要：为对压气机叶片前缘的精细化设计与制造提供有力参考,以某高亚声速压气机叶型为研究对象,基于非嵌入式多项式混沌方法,定量评估了钝头前缘加工不确定性对叶型气动性能的影响。结果表明:在全工况范围内,钝头前缘加工误差恶化了叶型的平均性能;在7°攻角下,叶型气动性能的波动幅度最大。在设计攻角下,钝头前缘的加工不确定性导致叶型平均损失增加18.7%,平均静压比降低1.2%。在7°攻角下,叶型总压损失系数的波动幅度是设计攻角下的4倍。根据叶型气动参数对钝头前缘加工误差的敏感性分析结果,发现两者呈现近线性关系。通过叶型流场的不确定分析可知,钝头前缘加工误差对前缘绕流影响显著,进而导致叶型吸力侧损失和尾迹掺混损失增大。分析了不同前缘加工公差下钝头前缘对叶型的不确定性影响,确定了前缘抛光的加工公差范围。

摘要：在航空发动机硬件在环仿真试验中,压气机出口压力模拟是一个重要的环节。为模拟压气机失稳过程中的气流突变现象,需要设计一种高精度的压力模拟系统,通过该模拟系统生成真实压力信号为全权限数字发动机控制器提供准确的压力激励。根据开关阀特性提出多模式加速切换策略,设计加速驱动波形及生成方法,结合现场可编程门阵列模块精确输出加速波形,提高开关阀启闭速度;在传统三模式与五模式切换的基础上设计七模式切换方法,结合反步滑模控制方法提高控制精度并证明了控制系统的稳定性。研究结果表明:在稳态压力测试中最大平均超调量为1.25%,最大平均稳态误差为0.016 MPa;在随机阶跃响应试验与正弦跟踪试验中仅有低于0.02 MPa的平均误差;压力模拟方法可满足航空发动机硬件在环仿真试验的高精度压力模拟需求,低成本的实现精准模拟压力。

摘要：压气机整体叶盘的应用,是高性能发动机的典型技术之一,但整体叶盘接触包含各种固体物的高速气流,频繁出现多种不同形式的结构损伤和性能衰退,严重制约发动机高性能、高可靠和长寿命运行。基于深度维修的整体叶盘再制造技术,是解决上述难题的有效途径。本文针对压气机整体叶盘修复再制造过程中的共性基础问题,总结国内外整体叶盘修复再制造的历史沿革和技术发展,根据整体叶盘几何结构损伤形式和服役损伤形式,从损伤可修复评估与设计、熔焊修复技术、压力焊修复技术、钎焊及激光增材修复及技术、表面加工及优/强化技术等五个部分进行系统阐述,并探讨整体叶盘修复再制造中评估设计、技术发展和深度修复等重要问题,旨在推动整体叶盘再制造技术快速发展和应用。

摘要：压缩空气储能被视为最具发展潜力的物理储能技术,作为其核心部件,压气机的性能表现在较大程度上决定着储能系统的经济性和效率。叶顶间隙流动因其复杂的三维流动特性,对压气机内部流场结构变化存在重要作用,是影响整机性能的关键因素。文章依照叶顶结构特点分类总结了带冠、无冠轴流压气机和开式/半开式、闭式离心压气机叶顶间隙流动产生的机理,根据压气机流动特性,进一步综述国内外压气机叶顶间隙流动的研究进展,形成以下结论:对于无冠轴流压气机,非定常叶顶间隙流动与失速、叶片噪声及振动问题密切相关,需扩充研究成果以优化叶顶设计;带冠轴流压气机缺乏实验和数据支撑,流动控制手段单一,可尝试跨领域应用控制技术;离心压气机叶顶间隙流动研究仍需探索变间隙特性和周向不均匀性对流动结构的影响,并提升应对流场变化的能力。未来研究可着重于高精度数值模拟方法的应用推广、跨领域控制技术的尝试和复合结构的探索。

摘要：压气机是航空发动机的关键核心部件,随着先进作战飞机对航空发动机需求的不断提高,快速研制全面满足发动机产品需求的压气机是工程设计人员面临的重大挑战。为保证设计的压气机全面满足发动机产品需求,介绍了先进作战飞机发动机的典型技术特点以及对压气机全面的技术需求,梳理了压气机满足发动机需求需重点考虑的影响因素,开展了宽转速范围高效率设计技术、全飞行包线高稳定裕度设计技术、高性能保持能力设计技术、高可靠叶片设计技术、高稳健压气机转子设计技术、高可靠调节机构设计技术、高安全性以及高环境适应性设计技术研究。结果表明:基于需求的综合设计可以保证压气机的综合性能。该研究可为设计全面满足发动机产品需求的压气机提供参考和依据。

摘要：以大涵道比涡扇发动机系列的十级高压压气机为研究对象,在压气机部件、核心机及整机平台上详细开展了压气机叶顶间隙变化规律及其对气动性能影响的试验研究,同时结合叶顶间隙对跨音级、高亚音级和低亚音级的仿真验证,得到了压气机不同级对叶顶间隙的性能敏感区,进而揭示了叶顶间隙影响多级压气机整机性能的机理。结果表明:不同尺寸的压气机叶顶间隙变化规律具有一致性,经验证主要和离心力及温度场相关。间隙增大后压气机设计转速下的流量压比特性和流量效率特性均整体下降,尤其后面级间隙对气动性能有显著影响。随着叶顶间隙的增大,压气机的跨音级因叶片较长使得相对叶顶间隙较小,未出现效率突降的情况,但是后面亚音级做功能力明显降低,间隙影响主要集中在后面级即亚音级,使得压气机典型工况的效率和裕度均有所下降。

摘要：为实现压气机叶片积垢和喘振故障的提前预警,提出了一种融合热力学模型与人工智能的燃气轮机压气机典型故障预警方法。根据模块化思想搭建燃气轮机热力学性能仿真模型,并利用燃气轮机实际运行数据完成模型的动态标定,形成高精度燃气轮机性能分析模型,实现排气流量、透平进口温度、燃气轮机热耗率等关键指标的计算。在热力性能仿真模型的基础上,结合压气机典型故障专家经验及专业知识确定影响压气机故障的主要特征参数,抽象表征出压气机叶片积垢和喘振的预警模型。选取历史健康数据,采用人工神经网络算法对模型进行训练,获取偏差曲线,通过监测预警模型输出预测值与测量值之间的偏差变化,实现压气机典型故障的提前预警,给出了某GE 9F型燃气轮机压气机的实测数据的有效性验证实例。结果表明:该方法能精准捕捉压气机叶片积垢和喘振故障,相对于传统阈值报警方式,提高预警的时间窗口。该研究成果可直接在燃气轮机电厂侧部署,实时为运维人员的检修和维护决策提供指导。