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富燃燃气热物性对平板热冲击疲劳影响的数值研究
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作者 凌若泓 隋秀明 +3 位作者 雒伟伟 浦健 赵巍 赵庆军 《航空制造技术》 北大核心 2025年第20期135-147,161,共14页
针对富燃燃气环境下涡轮导叶严峻的热疲劳问题,依据其实际工作条件,建立均质平板拟静态热弹性耦合模型,通过Laplace变换和留数定理,得到燃气热物性对热冲击过程平板温升特性、应力及寿命变化的作用规律,所得结果与涡轮导叶三维热流耦合... 针对富燃燃气环境下涡轮导叶严峻的热疲劳问题,依据其实际工作条件,建立均质平板拟静态热弹性耦合模型,通过Laplace变换和留数定理,得到燃气热物性对热冲击过程平板温升特性、应力及寿命变化的作用规律,所得结果与涡轮导叶三维热流耦合计算结果吻合较好。结果表明,富燃燃气主要组分为高比定压热容和高热导率的氢气,使其对流换热系数显著提升,因此在热冲击过程中,富燃环境下平板表面热流量、温升速率和平衡温度升高,平板内部温度梯度增大;因高温、大温度梯度富燃燃气环境,平板各点峰值热应力提升80%,寿命缩短32%。热冲击过程中,平板热应力呈现先迅速升高至峰值、随后逐渐减小的变化规律,其中平板峰值热应力主要由燃气热物性决定,峰值后热应力主要受冷气温度影响。另外,燃气热物性对平板峰值热应力和寿命的影响,随平板厚度增加而减小。 展开更多
关键词 燃气热物性 热冲击 流体温差 厚度 寿命
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无导叶对转涡轮动叶轴向间隙对高压叶顶泄漏流级间发展规律影响
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作者 董甜甜 赵巍 +3 位作者 隋秀明 浦健 雒伟伟 赵庆军 《航空发动机》 北大核心 2025年第2期75-83,共9页
为阐明无导叶对转涡轮(VCRT)不同动叶轴向间隙(ASR)下高压(HP)叶顶泄漏流(TLF)的级间流动规律及其对低压(LP)叶顶区域流场的影响,对高负荷跨声速无导叶对转涡轮进行了非定常数值模拟,分析并比较了不同ASR下高压和低压叶顶区域气动参数... 为阐明无导叶对转涡轮(VCRT)不同动叶轴向间隙(ASR)下高压(HP)叶顶泄漏流(TLF)的级间流动规律及其对低压(LP)叶顶区域流场的影响,对高负荷跨声速无导叶对转涡轮进行了非定常数值模拟,分析并比较了不同ASR下高压和低压叶顶区域气动参数和流场特征的变化。结果表明:当ASR为高压动叶叶顶轴向弦长(C_(ax))的20%~50%时,级间过渡段的较大扩张率使得高压叶顶泄漏流向级间端壁迁移汇聚,引起堵塞,导致高压叶顶泄漏流级间速度的周向分量较大、气动损失较高。此外,更多的高压叶顶泄漏流有助于形成更强的低压上通道涡(UPV),增加其强度和损失,从而在叶顶区域造成更大的总气动损失。当ASR增加到50%~75%C_(ax)时,级间过渡段扩张率降低,显著减少了高压叶顶泄漏流向级间端壁的迁移。高压叶顶泄漏流不再被阻塞,其级间耗散加速,从而降低了损耗。同时,高压叶顶泄漏流在形成低压上通道涡中的参与减少导致高压叶顶泄漏流的强度及其在低压通道中的输运损耗增加,以及低压上通道涡的强度和损耗降低。因此,叶顶区域的总气动损失逐渐减小。当ASR进一步增加到75%~100%C_(ax)时,高压叶顶泄漏流的级间输运距离增加,加速了其级间耗散并降低了损耗。高压叶顶泄漏流在低压通道中的强度和输运损失也降低了。同时,有助于形成低压上通道涡的高压叶顶泄漏流进一步减少,导致低压上通道涡强度和损失降低。因此,叶顶区域的总气动损失进一步减少。当ASR进一步增加到100%~150%C_(ax)时,除了高压叶顶泄漏流的级间输运损失增加外,叶顶区域流场几乎没有变化。因此,存在最佳ASR使高压叶顶间隙泄漏流气动损失最小,此时级间过渡段扩张角约为10°。 展开更多
关键词 无导叶对转涡轮 动叶轴向间隙 非定常 高压叶顶泄漏流 级间流动
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基于NSGA-Ⅱ算法的ATR发动机PI控制器多目标优化方法研究 被引量:3
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作者 焦昱翔 赵庆军 +3 位作者 任三群 蔡伟东 许诚 赵巍 《推进技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第2期183-191,共9页
为了使空气涡轮火箭发动机(ATR)从慢车快速、稳定和准确地加速到最大状态,以ATR发动机燃气发生器流量和尾喷管喉部面积为控制变量,采用快速非支配排序遗传算法(NSGA-Ⅱ算法)建立了发动机控制器参数多目标优化方法。将超调量、稳态误差... 为了使空气涡轮火箭发动机(ATR)从慢车快速、稳定和准确地加速到最大状态,以ATR发动机燃气发生器流量和尾喷管喉部面积为控制变量,采用快速非支配排序遗传算法(NSGA-Ⅱ算法)建立了发动机控制器参数多目标优化方法。将超调量、稳态误差、上升时间及误差积分值四个指标以加权的形式作为目标函数,引入执行机构超调惩罚机制,建立了PI控制器参数Pareto最优解集,完成了ATR发动机从慢车加速到最大状态的动态过程仿真。结果表明,将双回路多个控制性能指标以加权的形式组合作为目标函数,可以获得均匀分布的Pareto前沿;联合应用多目标优化方法和基于熵权法的优劣解距离法(TOPSIS),能够在双回路耦合下获得满足设计要求的ATR发动机动态特性,极大地缩短了人工整定控制器参数的时间;在加速过程中,多目标优化方法将涡轮膨胀比上升时间作为目标函数之一,与尾喷管面积开环控制动态过程相比,可以使涡轮膨胀比更早到达目标值,共同工作线远离喘振边界。 展开更多
关键词 空气涡轮火箭发动机 动态过程 PI控制器 参数优化 遗传算法
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刷衬-篦齿密封泄漏流动特性数值模拟研究 被引量:1
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作者 顾超 马英群 +3 位作者 刘翼腾 杨学森 赵巍 赵庆军 《推进技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第7期88-101,共14页
为进一步提高空气涡轮火箭发动机(Air-Turbo Rocket Engine,ATR)在高封严压差下的密封性能,同时避免接触式刷式密封摩擦升热问题,建立了刷衬-篦齿密封结构和数值模型,在已有刷束泄漏流动实验数据验证模型准确性的基础上,计算了刷衬-篦... 为进一步提高空气涡轮火箭发动机(Air-Turbo Rocket Engine,ATR)在高封严压差下的密封性能,同时避免接触式刷式密封摩擦升热问题,建立了刷衬-篦齿密封结构和数值模型,在已有刷束泄漏流动实验数据验证模型准确性的基础上,计算了刷衬-篦齿密封不同结构参数下的流场、压力分布和泄漏流量,分析了刷衬-篦齿密封各主要结构参数对密封性能的影响,结合参数与泄漏流量之间的关系,改进了刷衬-篦齿密封的结构。结果表明,刷衬-篦齿密封泄漏的主要来源为篦齿与刷束之间间隙的“透气效应”,减小篦齿与刷衬之间的间隙、刷丝直径、刷丝自由高度可不同程度地减小泄漏率;而减少齿数、刷束厚度、齿顶宽度、篦齿间距、刷束密度等参数则导致泄漏的增加,其中篦齿与刷衬之间零间隙泄漏率约为间隙0.3 mm时的23%;改进后的刷衬-篦齿密封泄漏率较原刷衬-篦齿密封低8.9%,密封性能得到进一步改善。 展开更多
关键词 ATR发动机 刷衬-篦齿密封 流场分析 涡流耗散 密封结构改进
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