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燃气轮机透平替代冷却工质：过去、现在与未来————作者：杨星;龙泽;梁云山;张梦馨;丰镇平;
摘要：随着燃气轮机进口温度的进一步提升，结构改型已不能满足其冷却需求，研究者开始逐渐将目光转向具有更强传热能力的冷却工质。基于这一现状，本文首次系统梳理并总结了目前针对水、水雾、蒸气、液态金属、碳氢燃料、航空煤油、氢冷却工质、纳米流体以及纳米气溶胶工质的传热冷却性能的研究结果，分析了替代工质的优缺点和应用于燃气轮机透平叶片冷却的可能性。同时简单概括了冷却强化结构的发展情况和研究现状，最后将替代工质的传热...
引射进气构型对引射进气与主次流相互作用特性影响实验研究————作者：李新珂;姚达豪;渠镇铭;陈文娟;罗飞腾;龙垚松;
摘要：RBCC发动机引射模态是由一次火箭射流与二次空气流之间的主次流相互作用主导的，其对于引射进气特性、模态性能具有关键性影响。基于典型支板火箭RBCC流道特征模型，从收缩几何、流动组织角度进行了四个不同进气构型的宽工况冷喷流引射实验，获得了引射进气特性、主次流相互作用内流特性与规律。研究结果表明：随着一次流流量、总压比增加，二次流进气马赫数、流量逐渐增大至某一最大值，而引射流量比呈先增加后减小的趋势，...
解析与数值融合的转子叶尖变形快速预测方法及应用————作者：张家锷;于平超;蒋科;陶玄君;张大义;
摘要：面向发动机间隙设计的快速化精细化需求，提出一种解析与数值融合的转子叶尖变形预测方法，该方法融合了复杂弯掠叶片变形快速解析计算、复杂构型轮盘变形自动数值求解、叶盘榫连接修正等过程，可实现离心、温度及其耦合作用下叶尖变形的高速准确计算。将所提方法应用到实际发动机压气机/涡轮叶尖变形预测，并与实体有限元方法和文献中纯解析方法进行对比。结果表明：所提方法预测得到的叶尖变形值与实体有限元计算结果误差小于2%...
变推力固体火箭发动机喉栓型面的逆向设计————作者：郑涵匀;李文韬;梁国柱;
摘要：喉栓的型面设计结果直接决定喷管实际喉部面积的变化规律，影响喉栓式固体火箭发动机推力的调控水平。本文以发动机设计需求为导向，对喉栓型面的逆向设计方法进行研究，根据所需的推力变化关系反设计出喉栓型面，并通过数值模拟对逆向设计结果进行验证。推导了适用于锥形喷管的喉栓型面的控制方程组，根据等效喉部面积与喉栓行程的关系求解方程组反设计出喉栓型面。提出了确定等效喉部面积与喉栓行程关系的算法，建立了喉栓型面的完...
氢燃料航空发动机热管理研究综述————作者：叶一琳;柳山林;刘丽平;胡彦孜;肖为;曹俊;杨卫华;
摘要：受环境变化的影响，近年来针对航空发动机碳排放的要求越来越高。由于氢燃能完全消除温室气体排放，近年来氢燃料航空发动机日益受到关注和重视。受氢燃料有别于传统燃料物理性质的影响，热管理系统的研究已成为推动氢燃料航空发动机发展至关重要的因素之一。本文简要介绍了传统航空发动机热管理方案以及系统架构，以此为立足点提出了适用于氢燃料航空发动机的热管理方案，梳理了适用于氢燃料航空发动机的换热器类型、换热器设计工作...
含砂尘环境服役下涡轮叶片冷却特性研究进展————作者：叶林;李维;王新羽;曾飞;李洋;刘存良;高文举;郑天一;
摘要：气固两相流现象普遍存在于自然界及工业生产中，当砂尘颗粒被吸入到航空发动机后，经高温燃气加热的砂尘颗粒呈熔融态，极易在涡轮表面发生沉积现象，其造成的结构损伤影响着局部冷却特性，长时服役下的冷效衰退存在着部件烧蚀等隐患问题。本文解耦沉积损伤将其划分为：表面粗糙度增大、气膜孔内堵塞、表面凸凹障碍物，并归纳整理了上述损伤形式的结构参数和研究范围。在此基础上围绕气膜冷却效率和外部对流换热系数，概述了沉积损伤...
低红外特征涡扇发动机总体设计阶段性能与红外特性协同优化方法研究————作者：陈浩颖;刘轩恺;石泽新;张海波;吉洪湖;
摘要：针对带直二元喷管的涡扇发动机中红外抑制技术和安装性能矛盾的问题，本文基于发动机总体设计体系，开展面向全飞行任务段的装配直二元喷管涡扇发动机总体性能和红外特性协同优化研究。基于飞行器约束分析和任务分析获取先进战机海平面推力、起飞重量、全包线任务段油耗以及飞行器推力需求等；基于上述战机性能分析，提出两种设计方案建立带直二元喷管的涡扇发动机部件级模型，一是选用现有涡扇发动机，在其基础上换装二元喷管，二是...
悬臂式变几何涡轮气动性能数值模拟研究————作者：蒋筑宇;邱名;张传海;王国良;
摘要：当前悬臂式可调导叶已有所应用，为探索悬臂式变几何涡轮的气动特性，利用数值模拟方法着重对比研究了两种变几何涡轮气动性能。将某型等外径涡轮改造为常规变几何涡轮和悬臂式变几何涡轮，采用定常数值模拟对两种变几何涡轮进行气动计算，并分析了可调导叶球面端壁、叶端间隙和安装角变化对变几何涡轮性能的影响。结果表明球面端壁使涡轮流量提高了约1.16%，效率提高了0.0023。相比球面端壁涡轮，悬臂式变几何涡轮流量提...
稳态温度畸变发生装置气动特性研究与优化————作者：魏凡博;武卉;张志博;陈业辉;
摘要：本文面向大流量稳态温度畸变场模拟需求，开展了电加热式稳态温度畸变发生装置气动特性研究与优化工作。基于数值仿真方法，分析了畸变装置单扇区流场的流动机制，探讨了关键结构参数对扇区出口温度场的影响规律，完成了单扇区构型优化设计，并据此构建了畸变装置全环模型并进行了试验验证。研究结果表明：加热扇区内，由于加热管与壁面间隙内低温流体的影响，出口截面存在较为明显的径向温度畸变；通过优化单扇区通道结构中加热管上...
基于双流故障网络的转子系统振动故障诊断方法————作者：王志;郭伟军;田晶;张凤玲;刘玉;
摘要：针对航空发动机转子系统故障特征难以检测且噪声干扰严重，而现有方法在处理复杂工况下的非线性振动信号时，普遍存在特征表征能力不足和抗噪性能差等问题，设计了一种基于深度残差收缩网络（Deep Residual Shrinkage Networks， DRSN）和Transformer的双流故障诊断网络(DS-ESAFNet)。构建了一种将时间和通道注意力机制自适应融合的混合注意力机制（ESA），增强模型...
带有交错装配间隙的涡轮叶片端壁气膜冷却数值研究————作者：邓伟;叶林;梁喜源;王文璇;刘存良;李鹏刚;牛夕莹;
摘要：涡轮级间装配间隙显著影响着端壁表面换热分布及气膜射流流场结构。针对该种装配间隙致使的端壁冷却效率衰减问题，本文设计了一种带有交错装配间隙的Z型槽结构，采用SST k-ω湍流模型数值模拟对比了Z型槽结构与传统缝隙的冷却性能差异及影响机制，探究了转角段角度对带有交错装配间隙的涡轮叶片端壁气膜冷却性能及流动掺混结构的影响规律。研究结果表明，Z型槽装配间隙结构可以有效地避免叶栅通道喉部附近端壁表面未冷却高...
冷气驱动先导式燃气阀门工作性能研究————作者：王志新;程煜;潘帅兵;潘科玮;杨永强;陈晓龙;张亮;
摘要：固体姿轨控发动机采用燃气阀门作为其执行机构，能够实现空间多向推力的可控输出。针对复杂飞行任务中对固体姿轨控动力的需求，研制冷气驱动先导式燃气阀门，采用搭建的冷气实验系统，验证了燃气阀门可靠切换作动；通过匹配设计的双脉冲燃烧室，搭载三燃气阀门完成2次热加载环境下的性能考核，结果表明：2个脉冲工作期间燃气阀门全过程工作正常，开启响应时间在15 ms内，关闭响应时间在14 ms内。极端工况下，最高能够响...
氢燃料适应性改进对不同量级涡桨发动机特性影响分析————作者：梁振欣;肖为;时瑞军;李定乃;
摘要：为了研究氢燃料适应性改进对涡桨发动机特性以及不同热力循环参数下涡桨发动机性能的影响，建立了与试验数据相匹配的某型燃油涡桨发动机及其氢燃料适应性改进后发动机的总体性能仿真模型，计算分析了氢燃料适应性改进前后发动机特性以及不同热力循环参数下的发动机性能。结果表明，氢燃料适应性改进会使发动机涡轮流通能力减小、涡轮做功能力增大、燃料消耗率大幅下降；采用等输出功率控制规律和等燃气涡轮物理转速控制规律时，能使...
整体式固液双燃烧室火箭冲压发动机性能优化研究————作者：赵文胜;方冠林;阮有钢;魏卓慧;郭金鑫;何勇攀;
摘要：为适应空基平台内埋弹舱严格的空间尺寸需求，本文提出了采用无喷管助推器、双旁侧进气道布局的整体式固液双燃烧室火箭冲压组合发动机（Integral solid-liquid dual-combustor ramjet combined rocket propulsion,IDRR）方案。以巡航点性能为优化目标，进行助推级、巡航级两级性能联合优化研究。以助推级入口截面装药外径及装药倾角为研究变量，采用一...
涡轮叶片前缘强化旋流-气膜复合冷却实验研究————作者：左秋儒;李菲;熊逸辉;饶宇;
摘要：为提升涡轮叶片前缘的冷却性能，提出了一种结合内部突脊壁面与偏置射流的新型前缘旋流-气膜冷却方案。通过稳态红外热像技术，对冲击-气膜冷却、旋流-气膜冷却以及突脊旋流-气膜冷却的传热与压力损失特性进行了实验研究，重点探讨了吹风比对冷却性能的影响。研究结果表明，在相同吹风比条件下，突脊旋流-气膜冷却展现出最高的综合冷却效率。突脊结构有效强化了内部换热，并优化了冷气在叶片前缘的分布，从而显著提升气膜冷却效...
钝头体逆向喷流中的物质与热量输运屏障及其热防护机制研究————作者：蒋皓;何烨帆;梁小妮;张家忠;
摘要：结合数值模拟方法和Lagrangian拟序结构（Lagrangian coherent structures， LCSs）对钝头体逆向喷流中的物质与热量输运屏障进行了深入研究，以揭示逆向喷流对超声速飞行器前缘的热防护机制。采用SST k-ω湍流模型，对来流马赫数Ma=3.98和喷流压比分别为0.4、0.6和0.8条件下的钝头体逆向喷流流场进行了模拟。基于对流场特性的分析，探讨了不同喷流压比对流场的...
环境参数对等离子体强化煤油液滴蒸发着火特性的影响研究————作者：郑直;周思引;陈琪;袁姝蕙;吴刚强;聂万胜;
摘要：煤油液滴蒸发着火特性关乎液体空天动力装置工作性能，为掌握不同环境参数下等离子体对煤油液滴蒸发着火的影响，建立了等离子体强化煤油液滴蒸发燃烧模型，采用松耦合方法研究了不同环境温度和压力下等离子体对煤油液滴蒸发燃烧特性影响，结果表明：借助等离子体化学动力学效应，反应释热发生变化，使得当地液滴蒸发速率有所提升，缩短液滴进入转换区的时间，显著缩短火焰温度上升时间及火焰高温区持续时间，但其本身不改变液滴着火...
燃烧室出流影响下的高压涡轮气热机理及设计研究综述————作者：王志多;王志豪;张文豪;李若诚;汪翔宇;丰镇平;
摘要：随着航空发动机/燃气轮机涡轮气热设计技术的发展和对涡轮气热性能要求的持续提升，燃烧室出口不均匀温度场和流场影响下的高压涡轮气热机理及设计问题引起了广泛关注。对不同燃烧室出口温度场和流场的关键特征及其表征方法进行了介绍。着重讨论了燃烧室出口热斑温度场、总压场、旋流场等对高压涡轮气热特性的影响机理，从气动性能、流场结构、传热规律和冷却特性等方面进行了分析，并讨论了燃烧室-涡轮一体化仿真、耦合试验以及涡...
基于全三维设计方法的宽域RBCC进气道设计分析————作者：杨紫宁;金志光;丁玥;刘锐;周航;
摘要：针对一般三维空间、非均匀来流条件的超声速流场反设计，以基于空间流线的特征线计算方法为基础，给出了一种全三维设计方法获得进气道壁面。进一步地，针对RBCC发动机宽广的工作范围，应用全三维进气道设计方法得到设计实例，并通过数值仿真得到了全三维宽域RBCC进气道方案的工作特性与总体性能。结果表明，采用全三维进气道设计方法，能够进一步丰富进气道的三维前缘线形状，并合理分配内/外和顶/侧向压缩量，提升传统内...
基于振荡射流的气动矢量喷管热态试验及数值模拟研究————作者：陶源;贾晓东;侯海玉;马梁;罗斌;王士奇;
摘要：气动矢量控制技术相比于机械矢量控制在结构质量以及调节响应速率上具有优势，是未来先进飞行器的关键技术之一。为评估振荡射流激励的气动矢量喷管在发动机整机环境下的应用效果，本文利用微型涡喷发动机开展了引气射流试验和数值模拟研究。结果表明：振荡射流激励的气动矢量喷管具有较高的控制效率，仅消耗2%的发动机引气量可以实现17°的推力矢量偏转，同时轴向推力损失小于10%；进一步的数值模拟研究表明，振荡射流相比于...
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