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关键词
- 民用航空发动机高通流高效率风扇/增压级设计技术研究
- 作者： 朱芳 来源： 北京航空航天大学 年份： 2016 文献类型 ： 学位论文 关键词： 风扇/增压级 高通流高效率 气动设计技术 掠叶片 周向不均匀性 攻角特性
- 描述： 现代民用航空发动机风扇/压气机气动设计所追求的目标，就是在安全可靠长期运行的前提下，通过流动匹配，协调高通流、高负荷、高效率和足够稳定工作裕度等关键参数之间的矛盾，全面拓展风扇/压气机的性能潜力。20世纪80年代末，美国空军“综合高性能涡轮发动机技术（IHPTET）计划”支持的“掠空气动力学”在跨音风扇/压气机实现高性能目标的进程中起到了十分关键的作用。由于掠叶片三维粘性流场的复杂性，其作用机理并没有被全面的认识清楚，导致主要依赖于三维数值模拟结果的掠叶片几何过度三维化，引发了应力、振动、颤振和可靠性方面的不足，阻碍了掠叶片的高效应用。因此，本文通过简化叶栅模型，在准三维层面探索掠叶片影响流动的物理机制，并将复合掠等三维叶片气动设计技术应用于高通流、高效率风扇/增压级的设计。本文首先将叶轮机三维无粘动量方程进行周向平均降维处理，在分析中发现，降维过程中衍生出来的无粘叶片力项和周向不均匀相关项都作为产生扰动的“源”项，引发了远前方均匀来流在叶片通道进口附近的周向不均匀性。无粘叶片力只存在于叶片通道内部，而周向不均匀“源”项则向上游延伸，在叶片通道进口以气动力的形式影响流动平衡关系。由掠叶片产生的几何变化会直接改变无粘叶片力，进而影响进口流场的周向不均匀性。本文对一系列简单几何的叶栅模型进行了三维数值模拟和流场周向平均后处理，分析结果表明：进口周向不均匀源项在无粘叶片力的诱导下产生，引发来流攻角在叶片通道进口的改变；掠叶片对流动施加了径向无粘叶片力，由此诱导产生的周向不均匀径向分量在进口构建了新的径向平衡，引发进口气流的径向迁移，并改变进口周向不均匀源项的展向分布，最终诱导产生了扩压叶栅中前掠叶片实际攻角减小、后掠叶片实际攻角增大的特性；而过大的前掠对实际攻角的减小没有特别明显的作用，因此在设计时采用小前掠既能满足裕度的要求，又不会导致结构失稳；叶型弯角及稠度等基元气动设计参数影响着进口流场的周向不均匀性，在高气动负荷、低稠度叶栅中的掠叶片特性更为显著。其次，本文对比分析了采用不同掠的跨音风扇转子、叶根端弯转子、端弯静叶以及周向弯曲静叶对风扇/增压级性能及流场特性的影响。三维数值模拟结果显示：除了对激波三维结构的控制，“掠”引发了跨音风扇转子攻角的改变，即前掠使叶尖攻角减小，后掠使攻角增大；前掠最显著的特征是在全流量范围内攻角变化远小于后掠叶片，但与亚音叶栅相似，相同流量下叶尖前掠程度的增大并不能大幅度减小攻角，因此采用小幅度的叶尖前掠就能够起到扩展失速裕度的作用；叶片中上部的后掠能够扩展流量，有助于风扇/增压级实现高通流的特性；转子根部及增压级静叶端弯有效抑制了以粘性流为主导的近端壁局部角区流动分离；周向正弯静叶与掠叶片相似，通过改变径向平衡引发流体向叶中迁移，消除了近端区的流动分离。最终，完成了某民用航空发动机高通流、高效率风扇/增压级的气动设计方案，并对其缩尺试验件进行了气动数值仿真及分析。在设计中，风扇转子采用合理的展向变功分布及复合弯掠三维几何，针对不同展高的流动特征，利用叶根亚音区保证流量裕度，在叶中区实现流量扩展和高效增压，并在叶尖区确保足够的失速裕度；增压级则利用端弯及弯曲叶片技术，改善角区分离；并根据多级压气机各排叶片攻角特性合理选择设计攻角，提高增压级的效率和裕度。三维数值模拟结果显示，最终设计的风扇/增压级的内外涵特性在不同换算转速下均基本满足设计指标，全尺风扇转子在巡航安装状态具有94.5%绝热效率的良好特性。
- 航空材料铝铜合金高速切削性能研究
- 作者： 刘超 来源： 沈阳理工大学 年份： 2016 文献类型 ： 学位论文 关键词： 高速切削 高速铣削 铝铜合金 铣削力
- 描述： 高速切削技术是最近几十年发展起来的一种先进制造技术本论文以高速切削技术为基础，根据国家863计划“战略导弹贮箱高速加工技术研究”的需要通过理论分析与实验研究高速铣削加工技术，揭示了高速铣削航空材料铝铜合金时铣削力铣削温度与工件表面粗糙度的变化规律． 随着铣削速度的增加，Fx Fy与Fz的变化趋势是先增加后减小，从铣削力最大值时主轴转速的变化频率来看，主轴的固有频率可能在200Hz左右随着铣削速度的增加，Ra值的变化趋势是缓慢减小．从Ra值最大值时主轴转速的变化频率来看，533.3Hz左右为主轴的固有频率整数倍温度变化过程存在二次效应，即当n=10000r/min(即切削速度V=628m/min)时，温度最高，当切削速度继续增大时，温度下降，并最终趋于稳定本文称V=628m/min为铝铜合金高速铣削时的临界铣削速度，当铣削速度超过该值时，温度开始下降。
- 从产业组织理论看我国航空枢纽航站建设与发展
- 作者： 刘超 来源： 北京科技大学 年份： 2016 文献类型 ： 学位论文 关键词： 产业经济学 航空运输业 枢纽航站
- 描述： 活动中产业内部各企业之间、产业与产业之间相互作用规律，产业在空间区域中的分布规律以及研究这些规律的方法[1]。民用航空产业作为国民经济发展中的一个重要组成部分，在综合交通运输体系中的作用日益突出、未来发展
- 航空涡轮损失预估方法研究
- 作者： 刘超 来源： 南京航空航天大学 年份： 2016 文献类型 ： 学位论文 关键词： 涡轮 流动损失 损失模型 计算流体动力学 气膜冷却 尾缘喷射
- 描述： 涡轮尤其是冷却涡轮，内部流动非常复杂，其流动损失理论性解析计算方法尚不成熟，而CFD方法计算周期长且工作量大，如使用较准确的涡轮经验损失模型则可有效提高涡轮叶栅设计和叶片造型工作效率。本文在综合近60年来国外多种非冷却及冷却涡轮损失模型的基础上全面阐述了它们的算法原理、基本假设和计算步骤，并进行了对比和讨论。同时利用C++开发一套损失计算软件来验证各模型的准确性。 非冷却方面，以自主设计的某双级涡轮第二级为研究对象，开展11种涡轮损失模型及计算流体动力学(CFD)计算结果的对比研究。利用软件计算了叶根、叶中、叶尖三个截面处静子、转子的损失和涡轮级效率，同时还预测了不同攻角和栅距下的损失变化。对比表明：Traupel模型、Zehner模型、Soderberg模型、AMDC模型、Kacher模型和Moustapha模型的效率计算结果较好，与CFD相差在0.1%~0.7%之间，其中Zehner模型和Kacher模型能准确地预测出非设计点不同攻角下的损失大小。 冷却方面，气膜冷却选取自主设计的涡轮并在静叶处采用源项点技术模拟气膜孔冷却，尾缘冷却则选取公开发表的带尾缘劈缝的平面叶栅。几种冷却模型对附加损失的计算结果表明：气膜冷却中，速度系数增量法模型和 Shapiro 修正模型能基本反应出附加损失和流量的关系，在相对流量0.05时与CFD结果相比分别相差14.9%和19.1%；尾缘冷却中，速度系数增量法和Schobeiri模型的计算结果与试验结果吻合较好，其中速度系数增量法的适用范围为相对冷气流量不超过0.05，而Schoberi模型的适用范围较大，能反映出大流量下损失的变化规律。