基于声学信息的航空发动机压气机旋转失速空间特征实验研究

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作者 李行健 乔百杰 +3 位作者 文璧 李镇东 刘元是 陈雪峰 《推进技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第11期228-238,共11页

航空发动机压气机旋转失速是一种严重的气动失稳现象,目前的研究以采用侵入式压力传感器测得信号进行时频分析为主,而对其空间特征的研究不足。本文开展某型发动机3.5级压气机逼喘试验,在进气口机匣周向均匀布置32个声阵列传感器,在9800... 航空发动机压气机旋转失速是一种严重的气动失稳现象,目前的研究以采用侵入式压力传感器测得信号进行时频分析为主,而对其空间特征的研究不足。本文开展某型发动机3.5级压气机逼喘试验,在进气口机匣周向均匀布置32个声阵列传感器,在9800 r/min的转速下匀速关闭节流阀,对逼喘过程中的声信号进行测量。采用频谱分析、互功率谱和短时傅里叶变换方法,对旋转失速及其先兆特征进行辨识。结果表明:压气机在进入旋转失速前存在7.73EO和8.48EO(EO为转频)的非同步压力脉动,其周向传播速度大于转速;在旋转失速发生前65转时出现了模态波先兆,其空间特征表现为一个低压区域以0.67倍转速沿着周向稳定传播;旋转失速发生后,失速气团以0.45倍转速沿着周向传播,模态波的空间特征与失速气团的空间特征相同,均占据了一半的叶片通道。通过对旋转失速先兆的监测可以实现失速气团特征的预测。 展开更多

关键词 压气机 旋转失速 非同步压力脉动 模态波先兆 声阵列 相位分析

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水增强型涡轮风扇发动机技术进展

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作者 王维 刘家宇 +2 位作者 宋经远 罗康 帅永 《航空发动机》 北大核心 2025年第4期43-48,共6页

随着对航空动力经济性和环保的要求逐渐提升,一种水增强型涡轮风扇发动机技术近年来受到越来越多的关注。该项技术通过将发动机尾气中的水分进行冷凝、回收、再热,然后将再热后的水蒸气重新注入燃烧室参与燃烧。在水增强型涡轮风扇发动... 随着对航空动力经济性和环保的要求逐渐提升,一种水增强型涡轮风扇发动机技术近年来受到越来越多的关注。该项技术通过将发动机尾气中的水分进行冷凝、回收、再热,然后将再热后的水蒸气重新注入燃烧室参与燃烧。在水增强型涡轮风扇发动机技术工作参数对热循环性能的影响、氢燃料与煤油燃料的对比、蒸汽发生器与换热器相关设计等方面对该技术研究现状进行了梳理介绍。基于该技术的研究现状,指出了该技术对热效率和推力的增加都有明显的效益,但目前只考虑了单一过程或进行了过度简化,且由于该系统中冷凝器内换热过程涉及多相、多组分的复杂相变传热过程,必然使得冷凝器结构复杂,故而在未来更深入的研究需要建立更为完善的循环过程且冷凝器结构的高紧凑、轻量化设计是重点关注的问题,同时展望了该项技术走向成熟应用的重要指标:水增强型涡轮风扇发动机内多过程如何进行一体化耦合及如何综合考评该技术带来的经济性与不利影响。 展开更多

关键词 水增强型涡扇发动机 燃烧控制 污染物排放 水蒸气回收利用 热力循环 蒸汽发生器

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高性能渗碳齿轮表面完整性特征的试验研究 被引量：2

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作者 王庆志 陈易明 +2 位作者 吴吉展 张秀华 刘怀举 《表面技术》 北大核心 2025年第5期233-244,共12页

目的针对材料牌号、加工工艺、几何结构与渗碳齿轮表面完整性关联规律不明的问题,探究不同材料、工艺、结构对表面完整性的影响。方法对18CrNiMo7-6、9310、20Cr2Ni4A、20CrMnTi几种常用渗碳齿轮的渗碳磨削、喷丸强化、二次喷丸、滚磨... 目的针对材料牌号、加工工艺、几何结构与渗碳齿轮表面完整性关联规律不明的问题,探究不同材料、工艺、结构对表面完整性的影响。方法对18CrNiMo7-6、9310、20Cr2Ni4A、20CrMnTi几种常用渗碳齿轮的渗碳磨削、喷丸强化、二次喷丸、滚磨光整、喷丸光整等工艺状态进行表面粗糙度、残余应力、硬度梯度等表面完整性表征,讨论材料、工艺、结构对表面完整性特征的影响规律。结果在渗碳磨削、喷丸强化工艺状态下,几种常用渗碳钢的表面残余压应力、表面硬度等参数基本一致。经喷丸强化、二次喷丸、滚磨光整处理后,最大残余压应力幅值范围为1100~1400 MPa,表面硬度为660HV~720HV。通过滚磨光整改善表面微观形貌的效果最显著,能够使表面粗糙度S_(a)降至0.25μm以下。通过二次喷丸提升次表面最大残余压应力的效果明显,能够使齿轮次表面最大残余压应力提升至1200MPa。滚子和齿轮2种几何结构的试件在渗碳磨削、喷丸强化、喷丸光整等工艺状态下,其表面完整性参数基本一致。结论揭示了不同材料牌号、加工工艺、几何结构对渗碳齿轮表面完整性的影响规律,可为齿轮加工工艺优化和高表面完整性创成提供理论支撑和数据参考。 展开更多

关键词 渗碳齿轮 表面完整性 残余应力 表面粗糙度 硬度梯度

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面向气膜冷效提升的涡轮叶栅全端壁非轴对称造型设计优化

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作者 陶志 王杰 +3 位作者 李柏霖 闫毅飞 宋立明 李军 《西安交通大学学报》 北大核心 2025年第8期64-74,共11页

为探索非轴对称端壁设计对端壁封严冷气和气膜孔气膜冷效的提升机制,提出一种基于周期性非均匀有理B样条曲面的全端壁非轴对称造型方法,解决了传统方法对叶栅前缘上游区域的几何约束限制。建立包含端壁槽缝与离散气膜孔的涡轮叶栅数值... 为探索非轴对称端壁设计对端壁封严冷气和气膜孔气膜冷效的提升机制,提出一种基于周期性非均匀有理B样条曲面的全端壁非轴对称造型方法,解决了传统方法对叶栅前缘上游区域的几何约束限制。建立包含端壁槽缝与离散气膜孔的涡轮叶栅数值仿真模型,并通过试验数据验证仿真模型的可靠性。以端壁平均气膜冷却效率为目标,采用基于Kriging代理模型的全局优化算法开展端壁优化设计。仿真结果表明:相比原始轴对称端壁,3个吹风比下的非轴对称端壁平均气膜冷却效率分别提升了9.36%、10.68%和14.76%,叶栅出口总压损失系数基本不变;非轴对称端壁造型不仅改变了端区的压力分布,大幅降低了叶片前缘附近的静压及叶栅通道进口位置的横向压力梯度,使得冷却射流能够对叶片前缘附近及通道进口形成更宽的气膜覆盖范围,还削弱了端区横向二次流,抑制了其对冷却射流的卷吸作用,使得靠近叶片压力面侧端壁上的气膜覆盖得到强化。研究结果可为现代高气热负荷涡轮端壁的冷却防护提供理论依据和技术参考。 展开更多

关键词 非轴对称端壁 设计优化 离散气膜孔 气膜冷却 吹风比

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界面相和孔隙缺陷对平纹机织复合材料拉伸性能的影响机制研究

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作者 陈泳安 宋世哲 +3 位作者 杨洋 李成刚 陈国栋 曾劲 《力学学报》 北大核心 2025年第5期1131-1142,共12页

平纹机织复合材料在致密化过程中会因基体沉积不完美而导致出现孔隙缺陷,同时界面相在平纹机织复合材料中起到传递载荷的作用.因此,建立考虑界面相和孔隙缺陷的平纹机织复合材料损伤本构模型,以描述平纹机织复合材料在考虑界面相和孔隙... 平纹机织复合材料在致密化过程中会因基体沉积不完美而导致出现孔隙缺陷,同时界面相在平纹机织复合材料中起到传递载荷的作用.因此,建立考虑界面相和孔隙缺陷的平纹机织复合材料损伤本构模型,以描述平纹机织复合材料在考虑界面相和孔隙缺陷影响下的力学行为,对材料结构损伤容限设计与界面相材料选择十分重要.以某平纹机织复合材料为研究对象,在Hashin和最大应力损伤准则的基础上引入零厚度内聚力损伤模型和随机分布的孔隙缺陷,模拟了其细观损伤起始及演化过程,研究了其对平纹机织复合材料拉伸性能的影响机制,发现界面相的引入会显著改变平纹机织复合材料的损伤分布,使得原本平纹机织复合材料在径向拉伸载荷作用下的纤维束搭接处损伤为主变为单胞边缘处损伤为主;孔隙率超过一定范围会改变平纹机织复合材料的损伤模式,随着孔隙率的增大,使得该平纹机织复合材料由纤维束、基体和界面相共同承力变为纤维束承力为主,大大削弱了平纹机织复合材料的强度性能,为其他机织复合材料强度性能的预测提供了一定的参考. 展开更多

关键词 复合材料 渐进损伤 界面损伤 强度性能 孔隙缺陷

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基于模态分解的转静干涉平面叶栅非定常流场时空分布分析

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作者 周向鑫 李滕 +3 位作者 杨维建 林永康 张涛 姚建尧 《应用数学和力学》 北大核心 2025年第2期223-240,共18页

由转静干涉引起的非定常流动是造成叶片/叶盘强迫响应的主要激励来源,更加准确和全面地表征转静干涉非定常流场的时空分布特征对流固耦合振动分析具有重要的意义,利用本征正交分解(POD)和动力学模态分解(DMD)等模态分析方法可以有效地... 由转静干涉引起的非定常流动是造成叶片/叶盘强迫响应的主要激励来源,更加准确和全面地表征转静干涉非定常流场的时空分布特征对流固耦合振动分析具有重要的意义,利用本征正交分解(POD)和动力学模态分解(DMD)等模态分析方法可以有效地从复杂流动系统中识别和提取激励成分.该文以典型的1.5级涡轮平面叶栅为例,采用POD方法和DMD方法获得二维转静干涉流场的流动模态和时间系数,对叶片通道流场的时空分布特性进行分析.结果表明:两种模态分解方法均能有效辨识流动特征,实现流场的合理减缩.利用模态能量排序的POD方法可以准确识别占据流场主导地位的流动结构;而基于频率特征的DMD方法可以快速识别流场中各阶模态对应的激振频率和激励阶次.模态分解方法相较于传统FFT方法,不受采样位置的影响,兼顾全场流动识别和局部特征分析,可为叶轮机械非定常激励耦合振动快速分析提供帮助. 展开更多

关键词 瞬态流场 本征正交分解 动力学模态分解 转静干涉 非定常激励

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轴向通流共转腔换热分析及神经网络参数预测

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作者 王源鹤 郭临稷 +2 位作者 王嗣鹏 邬泽宇 罗翔 《推进技术》 北大核心 2025年第5期205-218,共14页

为克服传统CFD计算时间及成本耗费大,难以在短时间内预测多种结构及工况的旋转盘腔换热参数的困难,本文提出了基于卷积神经网络(CNN)的一种数据驱动的旋转腔换热参数预测方法。基于雷诺平均N-S方程对轴向通流旋转盘腔进行数值模拟,分析... 为克服传统CFD计算时间及成本耗费大,难以在短时间内预测多种结构及工况的旋转盘腔换热参数的困难,本文提出了基于卷积神经网络(CNN)的一种数据驱动的旋转腔换热参数预测方法。基于雷诺平均N-S方程对轴向通流旋转盘腔进行数值模拟,分析旋转腔换热特性,确定影响换热的主要特征参数,建立预测模型实现对旋转腔换热参数的预测。结果显示,盘面高半径处换热受旋转引起的自然对流作用明显,低半径处以通流冲击和回流换热为主,罗斯比数Ro相同时盘面周向平均努塞尔数Nu分布规律相似,增大盘心间隙比G_(c)能够增加腔内换热,且在高转速、高半径处作用明显;盘罩平均努塞尔数Nu_(sh)随旋转雷诺数Re_(ω)增加而增加,不同Re_(ω)下Nu_(sh)随Ro增大先增加后减小,峰值均在Ro=1.5,增加G_(c)促进盘罩换热;卷积神经网络提取输入的工况及结构特征信息后对盘面及盘罩的换热参数进行预测,预测精度均高于90%。 展开更多

关键词 空气系统 旋转盘腔 轴向通流 换热特性 卷积神经网络 参数预测

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高马赫涡轮发动机增强型机载自适应模型建模方法

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作者 季春生 张建伟 +2 位作者 王元 王欢 俞明帅 《推进技术》 北大核心 2025年第6期211-229,共19页

机载模型是航空发动机先进控制与故障诊断的基础,为了提高机载模型建模精度及对不可测参数实时预测,提出基于线性变化参数和机理相结合的增强型高马赫涡轮发动机机载自适应模型建模方法。该方法基于物理机理建立推力、耗油率等不可测参... 机载模型是航空发动机先进控制与故障诊断的基础,为了提高机载模型建模精度及对不可测参数实时预测,提出基于线性变化参数和机理相结合的增强型高马赫涡轮发动机机载自适应模型建模方法。该方法基于物理机理建立推力、耗油率等不可测参数机载模型,为了提高机理模型(非线性部件级)的建模精度,基于试验数据,通过引入修正因子对发动机关键部件特性进行修正;为了提高机载模型动态过程的建模精度,基于线性变化参数模型建立高马赫数涡轮发动机机载自适应实时模型,基于相关系数法选取最优健康参数组合,提高模型自适应能力,并构造了高斯混合模型作为残差补偿的经验模型对机载模型进行修正。模型仿真与试验结果表明,机载测量参数稳态精度优于1.5%、动态精度优于3%,机载不可测参数稳态精度优于2.5%,健康参数估计精度优于3%,模型任务耗时占比小于16%,模型能在线实时跟踪并准确估计发动机特征参数和健康参数,为高马赫涡轮发动机的故障诊断、性能预测及寻优控制等应用提供了技术支撑。 展开更多

关键词 高马赫涡轮发动机 机载自适应模型 线性变化参数模型 机理模型 高斯混合模型 残差补偿

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航空发动机压气机管道声模态无偏稀疏重构方法

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作者 文璧 李泽芃 +4 位作者 杜军 王亚南 刘元是 乔百杰 陈雪峰 《推进技术》 北大核心 2025年第4期279-287,共9页

针对应用声模态分解技术解析压气机管道内截通声模态特征时,传统均匀环形阵列要求传感器数量多、传统稀疏估计方法精度低的问题,本文提出了一种无偏稀疏声模态重构方法,通过L_(1)范数正则化方法实现声模态向量支撑集的求解,再通过最小... 针对应用声模态分解技术解析压气机管道内截通声模态特征时,传统均匀环形阵列要求传感器数量多、传统稀疏估计方法精度低的问题,本文提出了一种无偏稀疏声模态重构方法,通过L_(1)范数正则化方法实现声模态向量支撑集的求解,再通过最小二乘实现模态幅值的无偏估计,最后分别通过仿真分析和实验研究验证了所提方法的优越性。结果表明:本文提出的无偏稀疏重构方法相对于经典稀疏重构方法显著提高了声模态重构精度以及辨识鲁棒性,相对于L_(1)范数正则化方法在三种不同传感器布局下,主导声模态幅值重构精度分别提升1.74 d B,2.36 d B和0.78 d B;相对于L_(1/2)范数正则化方法具有更好的阶次辨识鲁棒性。 展开更多

关键词 压气机 气动声学 管道声模态 声阵列 稀疏重构 正则化

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关于氢能航空动力发展的认识与思考 被引量：7

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作者 向巧 胡晓煜 +1 位作者 王曼 弓升 《航空发动机》 北大核心 2024年第1期1-9,共9页

近年来,在全球碳减排目标的驱动下,各国对发展氢能航空的热情空前高涨,在氢能飞机和氢能动力领域加速布局研究计划。通过研究国内外氢能飞机及动力发展历程和研究进展,发现人类对氢的认知始于其燃烧特性,认为氢能航空发展兴于“双碳”目... 近年来,在全球碳减排目标的驱动下,各国对发展氢能航空的热情空前高涨,在氢能飞机和氢能动力领域加速布局研究计划。通过研究国内外氢能飞机及动力发展历程和研究进展,发现人类对氢的认知始于其燃烧特性,认为氢能航空发展兴于“双碳”目标,指出燃氢涡轮发动机是航空业实现减碳目标的关键,分析了燃氢涡轮发动机和氢燃料飞机的性能优势,研判出氢能航空及动力发展难在全产业链重构和全链条颠覆创新,提出了创新氢能航空发展机制、加快发展燃氢涡轮发动机、健全氢能航空产业链条、实现全链条颠覆性创新和加强氢能航空基础建设等五方面的发展措施建议。 展开更多

关键词 氢能航空 氢能飞机 氢能动力 氢燃料发动机 燃氢涡轮发动机

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基于FLUENT的静压气体轴承节流孔系数研究

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作者 邓志芳 张建波 +2 位作者 陈策 张坤 丁泊遥 《润滑与密封》 CAS CSCD 北大核心 2024年第6期195-200,共6页

在通过求雷诺方程来研究静压气体轴承的特性时,通常假设节流孔系数为常数0.8,这可能会影响雷诺方程求解的精度。结合FLUENT软件和雷诺方程提出一种静压气体轴承节流孔系数的求解方法,该方法通过对比FLUENT和雷诺方程计算得到的质量流量... 在通过求雷诺方程来研究静压气体轴承的特性时,通常假设节流孔系数为常数0.8,这可能会影响雷诺方程求解的精度。结合FLUENT软件和雷诺方程提出一种静压气体轴承节流孔系数的求解方法,该方法通过对比FLUENT和雷诺方程计算得到的质量流量求解节流孔系数;分析气膜厚度、供气压力、节流孔直径等参数对节流孔系数的影响。结果表明:节流孔系数随着膜厚的增加先增大后减少,随着供气压力的增大而减少,随着节流孔直径的增大而增大,但节流孔系数对轴承半径和节流孔长度的变化并不敏感。采用该节流孔系数求解雷诺方程得到的轴承承载力,与FLUENT计算得到的承载力结果基本一致,验证了该方法的正确性与可行性。 展开更多

关键词 静压气体止推轴承 节流孔系数 节流孔 承载力 雷诺方程

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