摘要：为解决传统热工流体实验大多为演示性、验证性实验而不利于学生能力培养的问题,结合航空发动机涡轮叶片的内外冷却结构,创造性地自主研制了热工流体综合教学实验装置,并申请了国家发明专利“一种多功能热工流体综合实验测量设备及使用方法”。该实验装置创新结合了传热学、流体力学、工程热力学、工程测试技术和发动机构造等专业知识,开设多个综合性、设计性、开放性实验,实现热工流体课程理论知识的交叉复合与系统性的整体应用,有效提高学生工程实践能力与创新能力,有力提升了应用型人才培养质量。In order to solve the problem that most of the traditional thermal fluid experiments are demonstration and verification experiments which is not conducive to the cultivation of students’ ability, the thermal-fluid comprehensive experiment platform was developed independently based on the comprehensive use of the thermal-fluid courses and the turbine blade cooling structure of an aero-engine. The national invention patent “A multi-functional thermal fluid comprehensive experimental measurement equipment and use method” was applied. Heat transfer, fluid mechanics, engineering thermodynamics, engineering testing technology and engine structure are used together by this thermal-fluid comprehensive experiment platform. Thermal-fluid comprehensive experiment platform can meet the needs of comprehensive experiment, design experiment, and open experiment. The theoretical knowledge of thermal-fluid courses can be cross-combined and systematically applied, and the engineering practical ability and innovation ability of college students can be effectively improved through the teaching reform of the thermal-fluid experiment. The quality of application-oriented personnel training is effectively improved.

摘要：为获得有限安装空间内最佳封严性能的篦齿结构,在固定封严长度下,建立不同封严间隙、齿高、齿数等结构参数的直通篦齿模型,通过数值方法分析不同进出口压比条件下,间隙等结构参数对泄漏特性与最佳封严齿数影响的敏感程度。结果表明,在固定封严长度下,换算流量随压比和封严间隙的增大而增大,随着齿数的增大呈现先减小后增大的趋势,齿高对泄漏特性影响较小。封严间隙对换算流量与最佳封严齿数的影响最大,当封严间隙为2 mm时,齿数为3时换算流量最小,当齿数增加到13时,换算流量增加了8.11%;当封严间隙为0.5 mm时,齿数为9时换算流量最小,但此时随着齿数的进一步增加,换算流量基本不变。拟合得到固定封严长度下篦齿封严最佳封严齿数经验关系式,拟合公式计算结果与数值模拟结果吻合较好,可用于篦齿的工程设计计算。

摘要：高温应变计是航空发动机重要的研保条件,为满足其更高的使用要求,对高温应变计敏感栅结构参数进行了优化。首先,采用有限元计算方法分析了考虑温度误差后敏感栅栅丝长度、栅丝间距和栅丝弯数对测量误差和疲劳寿命的影响;然后,基于响应面法建立了测量误差和疲劳寿命响应面模型,利用多目标灰狼算法进行了结构参数优化设计,得到了Pareto最优解集;最后,根据优化结果制备高温应变计进行了高温振动疲劳试验。研究结果表明,不同参数组合的敏感栅结构对高温应变计的性能影响不同。结合高温应变计制备需求与性能对比来评估得到的Pareto最优解集,得到了一个最优敏感栅结构。高温下优化后的应变计疲劳寿命较优化前相比提升了30.4%,优化效果显著。

摘要：设计了一款正X机身的四旋翼复合材料太阳能无人机。基于流固耦合方法分别分析该型无人机各组件的气动特性、强度特性和失稳特性,并结合3D-DIC方法开展碳纤维杆件结构静力学试验。结果表明:搭载光伏组件可有效提升四旋翼无人机的稳定悬停时间;在额定工况下,机身所受载荷不会随着飞行角度发生较大变化;在垂直飞行时,其载荷集中在中心区域;通过屈曲分析得到无人机的最大爬升速度为4 m/s,此时,泡沫板、主梁和太阳电池均满足强度要求;仿真结果与静力学试验结果的相对误差为15%,可满足工程设计的要求。

摘要：特种车由于其舱内空间狭窄、人员密集等特点,送风系统难以同时保证多乘、载员人体热舒适性要求,需要对特种车舱室送风系统进行合理布局和优化设计。针对某型特种车,建立其舱室简化三维模型。选取预计平均热感度、空气龄、加权温度及头足温差作为送风系统性能优劣的评判标准,结合计算流体动力学和多目标遗传算法,对送风系统布局和参数分别进行仿真优化设计。仿真结果表明,采用顶部左右条缝及脚部送风口可以有效改善乘、载员热舒适性,提高送风系统性能。进一步分析帕累托最优解,得出顶部送风口位置、送风角度和回风口位置的最优取值。本优化设计结果满足设计指标要求,为特种车送风系统设计、优化工作提供了新的思路。

摘要：以发动机单头部中心分级燃烧室点火过程为研究对象,基于能量沉积(ED)模型,利用用户自定义函数(UDF),模拟了不同点火能量工况下的单脉冲火花塞放电过程;研究了点火能量对中心分级燃烧室点火过程的影响;探究了中心分级燃烧室设计工况下的最小点火能量。结果表明:能够成功点火的工况,其火焰发展路径和趋势基本一致,增大点火能量并未影响火焰传播路径,仅会缩短燃烧室点火后初始火核发展为稳定火焰的时间;形成初始火核的能量能够传递至逆流区并形成稳定的火焰核心,是成功点火的必要条件;当以最小点火能量进行点火时,即使能够成功点燃燃烧室,但火焰传播存在耗时长、传播极其不稳定等现象。

摘要：为获得具有较高气动性能、较低气动噪声的翼型,对某通用飞机螺旋桨所用RAF-6翼型进行优化设计。使用CFD/FW-H(Ffowcs Williams-Hawkings)方法对翼型进行了流场与声场数值仿真计算;其次,分别研究翼型最大厚度、最大厚度位置、后缘下弯角度与后缘下弯位置4个设计变量对其气动性能与气动噪声的影响规律;以巡航状态为设计点,以高升阻比及低气动噪声为优化目标对翼型进行多目标优化设计,获得Pareto解集。通过试验验证翼型优化后的螺旋桨拉力提高14.7%,气动噪声降低2.3 dB。

摘要：刷式密封刷丝运动变形引起的泄漏损失、刷丝断裂等问题较为突出。本文分析刷式密封刷丝运动变形理论模型,设计搭建刷式密封刷丝变形与振动特性观测实验装置,设计加工了3种周向倾角的低滞后型刷式密封实验件,实验观测并研究刷式密封刷丝轴向变形特性,刷丝吹下效应、刷丝分层和刷丝振动特性,揭示刷式密封刷丝运动状态。研究结果表明,在进出口压比1.5~4工况下,刷式密封刷丝自由端轴向变形量随着压比的增大而近似线性增加,周向倾角对刷丝轴向变形影响不大。刷式密封前排刷丝吹下效应明显强于后排刷丝,随着周向倾角的增大,刷式密封刷丝吹下效应逐渐减弱,在本文研究工况下,周向倾角为50°、55°和60°的刷式密封刷丝最大吹下量分别为0.60、0.45和0.34mm。刷式密封刷丝产生分层现象的主要原因是在气流力的作用下,刷丝束轴向产生变形,刷丝束自由端在不相等的转子表面轴向摩擦力作用下,刷丝束进一步产生不同步的变形量,导致刷丝束出现间隙进而形成刷丝分层现象。刷丝振动主要发生在刷丝密度相对松散的区域,且随着压比的增大而增强,刷丝自由端位移随时间呈振荡变化,其在轴向的振幅大于周向的振幅。

摘要：刷式密封刷丝接触变形引起的泄漏损失、刷丝断裂等问题较为突出,现有刷式密封流固耦合方法存在因刷丝接触引起网格畸变而难以计算的问题。提出基于ALE(Arbitrary Lagrange-Euler)流固耦合方法建立刷式密封刷丝接触变形特性三维瞬态求解模型,设计搭建刷式密封刷丝接触变形观测试验装置,设计加工基本型和有/无压力腔低滞后型共三种刷式密封试验件,在理论计算与试验测试结果相互对比验证的基础上,系统研究压比和刷式密封结构对刷丝接触变形和接触应力的影响,基于接触摩擦力量化分析比较三种刷式密封的滞后效应。研究结果表明,ALE流固耦合方法解决了传统刷式密封数值方法难以计算的问题,可准确计算刷式密封的流场特性与刷丝接触变形特性;在所研究工况下,无压力腔低滞后型刷式密封泄漏量和刷丝轴向变形量最大,其刷丝固定端接触应力也最大,基本型刷式密封泄漏量和刷丝轴向变形量最小但产生的滞后效应最强,有压力腔低滞后型刷式密封可以减弱刷丝变形和滞后效应,但末排刷丝与后挡板的接触应力最大,该位置易发生因应力集中而导致刷丝断裂。

摘要：多级刷式密封级间压降分配直接影响刷式密封的封严特性和使用寿命,现有多级刷式密封结构存在各级压降不均衡导致密封提前失效的问题。本文建立多级刷式密封三维实体流固耦合求解模型,设计搭建多级刷式密封实验装置,在数值计算与实验测试结果相互验证的基础上,研究了工况参数与结构参数对多级刷式密封级间压降分配的影响规律,揭示了多级刷式密封级间压降不均衡性的产生机理。研究结果表明:在本文研究工况下,相同结构的两级刷式密封各级压降占比分别为32%~35%和65%~68%,三级刷式密封各级压降占比分别为21%~27%、27%~32%、41%~52%,多级刷式密封各级承担压降逐级增大,进出口压比对级间压降分配影响不大;增大刷丝束与转子表面间径向间隙、刷丝之间间隙以及后挡板高度均可改善各级压降分配,同时也会增加泄漏量;影响多级刷式密封级间压降均衡性的主要原因是逐级不均匀增大的体积流量,各级压降随体积流量逐级不均匀的增加而增大;增大下游级流道截面积可有效降低体积流量,平衡多级刷式密封各级压降。本文研究结果为多级刷式密封结构设计提供了理论依据。