摘要：为适应自约束参数化建模方法所导致的非正交参数取值范围,提出了将传统正交设计空间的抽样点映射到非正交空间的映射方法。构建了基于机器学习逻辑回归的可行域边界识别方法,对样本空间响应是否满足相关准则进行判断。将此方法应用于某高压涡轮二齿和三齿榫接结构,发现某发动机初步设计方案会导致在详细设计阶段无法获得满足设计要求的榫接结构,需将榫接结构参数前置至初步设计阶段,与上级参数共同设计,防止其在详细设计阶段成为设计难点。通过边界识别方法发现,转速降低为15 575 r/min或轮盘外径降低为303 mm时可以设计出二齿榫接结构;转速降低为15 584 r/min或轮盘外径降低为301 mm时可以设计出三齿榫接结构。该方法可以作为发动机初步设计阶段各学科之间的一个迭代反馈信息,在发动机其他细节结构设计上具有推广性。

摘要：为了研究轮缘封严附近凸起的形状对封严效率的影响,采用测量二氧化碳体积分数、腔内压力的实验方法,研究了几种典型的凸起形状对封严效率、腔内压力、腔内流场和无量纲最小封严流量的影响,目的是获得最佳的凸起形状。结果表明,凸起形状的变化对腔内的静压影响不大,封严环附近的静压变化几乎可以忽略不计。而总压和封严效率将随着凸起形状的变化而不同。安装凸起会整体提升腔内的旋流比。当凸起形状为六面体时,腔内的总压和封严效率最大,其无量纲最小封严流量相比于光滑盘平均减少了32%。

摘要：采用CO_(2)气体体积分数测量法研究一种带缘板修型的静盘深腔型复合封严结构。同时选取轴向封严结构和叠覆封严结构作为比较基准,重点关注主流雷诺数(0.75×10^(5)~9.4×10^(5))、封严流量(流量比0.2%~2.5%)、旋转雷诺数(1.6×10^(5)~8.1×10^(5))等典型工况参数对盘腔内压力分布和封严效率的影响情况;并在此基础上开展了相应的数值研究,获得了封严腔室内详细的流场信息。结果表明:在试验设计工况范围内,主流雷诺数的改变对静叶尾缘和动叶前缘的周向压力分布影响显著。主流雷诺数增加,主流通道内压力升高,主流气体入侵加剧;增加封严流量有利于提高盘腔内压力,从而提升盘腔封严效率,但这对静叶尾缘压力影响较小;增加旋转雷诺数会增大静叶尾缘和动叶叶间通道前缘的静压,加重主流气体入侵,降低盘腔封严效率。相比轴向封严结构,叠覆封严结构由于高半径封严容腔的设置,改变了盘腔流场结构,有效地将主流气体阻隔在封严容腔内,保证了低半径盘腔的封严效率在80%以上。新型封严结构的静盘深腔和缘板造型设置,不仅保证了低半径盘腔的封严效率在85%以上,还能提高高半径处封严容腔的封严效率,在低流量比(0.2%)工况下,其封严容腔区域的封严效率提升了10%。

摘要：通过曲线坐标系浸没边界方法(IBM),在设计阶段可以实现对真实航空发动机燃烧室的高保真虚实映射,保留全部几何结构信息。在IBM方法基础上,采用大涡模拟(LES)结合概率密度函数输运方程湍流燃烧模型(TPDF),对双旋流燃烧室、某单头部直流燃烧室以及某折流燃烧室1/10模型进行真实结构仿真,测试数字孪生体系关键技术的有效性。对比预测结果和实验结果,双旋流燃烧室的旋流器出口附近轴向、径向、切向速度平均误差分别为15.7%、23.8%、15.0%;非稳态解析了真实直流燃烧室与折流燃烧室的详细湍流燃烧场,出口温度分布的平均相对误差分别为11.66%和17.95%。因此基于虚实映射得到的燃烧室数字孪生体系具有一定的有效性,该方法具有潜在的工程应用前景。

摘要：以某舰载涡桨发动机动力涡轮转子为研究对象,基于动力学相似设计原则设计了与真实转子动力特性一致的模拟转子,并验证了动力学相似设计的正确性。提出一种冲击载荷下转子振动特性试验方法,在振动台上开展高速电机抗冲击性能和转子在冲击载荷下的振动特性试验研究,验证了高速电机具备不低于10 g的垂向抗冲击性能,提取了转子在冲击载荷下的瞬态振动响应,获取了冲击时振动响应主要频率成分。研究表明,模拟转子动力特性与真实转子具有良好一致性,冲击时振动响应基频不变,但存在较复杂的其他频率成分。研究为某舰载涡桨发动机的研制提供了技术支持,为转子在冲击载荷下的动力学试验提供了方法。

摘要：疲劳小裂纹扩展作为疲劳开裂过程中的关键阶段之一,显著影响着材料和结构的疲劳断裂过程.因具有速率波动和扩展路径偏转等特点,小裂纹效应给材料和结构疲劳寿命预测结果带来了不确定性,从而影响燃气涡轮发动机等机械结构的服役安全.本文围绕燃气涡轮发动机关键部件材料的疲劳小裂纹扩展问题,首先总结了当前疲劳小裂纹的扩展规律及其对疲劳寿命的影响规律;其次,针对先进燃气涡轮发动机关键部件常用的多晶合金和单晶合金,揭示了疲劳小裂纹的萌生和扩展机理;再次,对疲劳小裂纹扩展模型进行了总结,且指出了各模型的优缺点;从次,重点针对先进燃气涡轮发动机热端部件的工作环境,综述了热腐蚀/氧化介质中的疲劳小裂纹扩展行为和模型;最后,对当前疲劳小裂纹相关研究进行了总结,且结合燃气涡轮发动机领域提出了未来的研究趋势与方向.本文以期为先进燃气涡轮发动机关键部件的设计、安全评估和寿命预测提供理论知识和科学方法.

摘要：飞机舱内的空气分配系统是决定舱内气流组织重要部件,舱内的空气品质及人员舒适性越来越受到关注,对于这一系统的研究也越重视。为保证座舱内合适的空气参数条件,实现制冷、加温和通风换气,满足全飞行包线下的指标需求。基于某型直升机座舱布局,开展了座舱空气分配管路系统设计及仿真研究。通过需求分析,明确设计技术指标。详细设计了座舱空气分配管路系统布局方案,并计算了供气口及分配管路尺寸参数。基于Flowmaster软件平台,建立了管路系统仿真模型,利用流量配平仿真计算,实现了管路系统的流量分配。通过与试验数据对比,供气口流量分配误差满足工程要求,验证了仿真结果的可靠性和系统方案的可行性。最后,针对直升机全飞行包线范围内管网风阻和供风口流量的变化,对技术指标进行了仿真计算校核。结果表明,所设计座舱空气分配管路系统方案合理可行,满足设计指标要求。

摘要：航空发动机燃烧室具有内部结构复杂、燃烧组织多样、物理化学过程多变的特点。数值仿真技术的工程应用可有效缩短燃烧室的研制周期,减少试验数量和设计风险,备受研究人员重视。该文依据航空发动机燃烧室工程应用仿真需求,通过分析燃烧室典型仿真的特点和难点设计了一套数据结构合理、流程架构可拓展性高的软件框架,针对性开发集成了10类具备高精度优势的雾化、蒸发和湍流燃烧模型,研制出一套具有完全自主知识产权、可高效运行于现代主流高性能计算机之上的并行自适应非结构网格的燃烧室两相湍流燃烧数值仿真软件。典型工程全环主燃烧室和加力燃烧室上亿网格规模算例和工况的测试结果表明:燃烧数值仿真软件的两相湍流燃烧耦合仿真功能、精度和并行效率基本满足航空发动机燃烧室工程实用要求。

摘要：以高温合金低压涡轮叶片为原型,研究了采用SiC/SiC复合材料进行该型涡轮叶片结构设计的可行性。完成了SiC/SiC叶片的宏观设计、榫头设计和细节设计。计算分析了金属和复合材料涡轮叶片的变形和应力特点。对按设计制备的SiC/SiC叶片开展了拉伸强度测试,并在试验中监测了叶片的应变。计算结果表明:SiC/SiC叶片在额定状态下的伸长量低于原金属叶片;叶身叶根与缘板过渡处应力水平最高,但低于SiC/SiC复合材料的拉伸强度;榫头榫颈处有发生局部剪切破坏的风险。试验结果表明:该SiC/SiC叶片的断裂明显呈现出拉伸失效模式,以断裂转速计算的静强度储备系数约为1.3;所采用的SiC/SiC叶片结构设计方法可行,所制备的复合材料叶片也顺利通过了实验室条件下的静强度考核。

摘要：对压气机叶尖间隙流动的研究始终是先进压气机设计的重要问题。本研究基于当地迹旋涡识别方法分析了跨音压气机转子的RANS(Reynold-averaged Navier-Stocks)和DES(detached eddy simulation)数值模拟数据,研究了最高效率和近失速工况下,叶尖泄漏流动中的涡系结构及其发展过程中旋转模式的变化规律。结果表明,激波–泄漏涡干涉作用以及叶片通道内的压力梯度分布对叶尖泄漏涡的旋转强度、压缩性,以及当地螺旋线在轴向/径向的特征分布和变化速率有重要影响。为叶尖间隙流动的机理研究和控制技术发展提供了新的思路。