航空并联混合动力专用涡扇发动机快速设计方法

作者： 刘光璧   王步宇   王向阳   帅石金   来源： 航空动力学报 年份： 2023 文献类型 ： 期刊 关键词： 能量利用   稳态性能   涡扇发动机   并联混合动力系统   快速设计  

描述： 为解决航空并联混合动力系统直接使用传统涡扇发动机时存在的发动机效率下降与低压压气机喘振问题，提出了一种通过流量预测确定涵道比的并联混合动力专用涡扇发动机快速设计方法，使用航空发动机性能仿真软件PROOSIS搭建了并联混合动力涡扇发动机模型，对发动机设计结果进行了性能评估与能量利用分析。研究表明，在与基准发动机相同的涡轮前总温限制下，设计结果能够满足推力需求。与在并联混合动力系统中使用基准发动机相比，使用设计的专用发动机时的油耗、能耗、低压压气机防喘振性能明显更优。由于能量利用历程不同，发动机的外涵道电能利用率远高于内涵道电能利用率和燃油利用率，这是并联混合动力涡扇发动机节能的根本原因。

RP-3航空煤油模型燃料的简化反应机理构建与验证

作者： 曾文   郭振宇   刘靖   胡二江   常亚超   马宏宇   来源： 航空动力学报 年份： 2023 文献类型 ： 期刊 关键词： 简化反应机理   模型燃料   全局敏感性分析   解耦法   3航空煤油   RP  

描述： 通过耦合基于反应类的全局敏感性分析方法、组分敏感性分析方法、解耦法及遗传算法，构建了RP-3航空煤油模型燃料（14%正癸烷/10%正十二烷/30%异十六烷/36%甲基环己烷/10%甲苯，摩尔分数）的简化反应机理。以甲基环己烷为例（其它组份类似），详细论述了其骨架反应机理的构建过程。采用基于反应类的全局敏感性分析方法，对甲基环己烷的燃料相关子机理中重要反应类进行了识别，并基于组分敏感性分析方法对重要反应类中的代表性组分进行了选择，形成了甲基环己烷的燃料相关骨架反应机理。基于解耦法，耦合甲基环己烷的燃料相关骨架反应机理与C0-C3简化反应机理，形成了甲基环己烷的初始骨架反应机理。基于遗传算法，对甲基环己烷的初始骨架反应机理中燃料相关反应的反应速率常数进行了优化，以提高骨架反应机理的预测性能。通过耦合正癸烷、正十二烷、异十六烷、甲基环己烷、甲苯的骨架反应机理，构建了RP-3航空煤油的简化反应机理，包括121种组分、469个反应。结果表明，采用该简化反应机理计算得到的模型燃料在激波管中的着火延迟时间、在定容弹中的层流燃烧速度以及在射流搅拌器中发生氧化反应时的主要组分浓度与RP-3航空煤油及其模型燃料的相应试验数据吻合较好。

基于双绕组感应发电机的航空交直流集成发电系统

作者： 卜飞飞   史建宇   李朋   刘皓喆   赵云   刘哲恺   黄文新   秦海鸿   来源： 航空动力学报 年份： 2023 文献类型 ： 期刊 关键词： 交直流集成发电系统   自抗扰控制   双绕组感应发电机   多目标优化   多电飞机  

描述： 为了满足飞机多电化对于航空发电系统提出的高功率密度、高品质供电以及交直流混合供电的要求，对比分析了多种交直流集成发电方案，并分析了其优势与不足，提出了一种基于双绕组感应发电机的航空交直流集成发电系统。该系统充分利用了双绕组感应发电机定子有两套三相绕组的特点，能够很好的实现交直流集成发电。在进行电机初步设计后，基于多目标优化算法，以效率和功率密度为目标对双绕组感应发电机进行优化设计，采用交直流集成发电自抗扰控制策略，以提高该系统动态性能与负载适应性。最后研制了一台60kW（交流24kW，直流36kW）的双绕组感应发电机原理样机，实验结果显示，该交直流集成发电系统在交流侧突增、突卸负载时，电压突变在±10V以内，恢复时间不超过25ms，在直流侧突增、突卸负载时，电压波动在±30V以内，恢复时间不超过45ms，具有良好的动态性能和稳态性能，能够实现发电系统的高品质交直流集成发电。研究成果表明，基于双绕组感应发电机的航空交直流集成发电系统有望为我国多电飞机发电系统提供一种有竞争力的可选方案。

航空发动机燃烧室数字孪生体系关键技术

作者： 王方   甘甜   王煜栋   金捷   来源： 航空动力学报 年份： 2023 文献类型 ： 期刊 关键词： 大涡模拟(LES)   高保真建模   数字孪生   概率密度函数输运方程湍流燃烧模型(TPDF)   浸没边界方法(IBM)  

描述： 模型（TPDF），对双旋流燃烧室、某单头部直流燃烧室以及某折流燃烧室1/10模型进行真实结构仿真，测试数字孪生体系关键技术的有效性。对比预测结果和实验结果，双旋流燃烧室的旋流器出口附近轴向、径向、切向速度

航空发动机风扇转子叶片抗鸟撞改进设计

作者： 汪松柏     牛潇     霍嘉欣     张震相     江柏均     刘昭威   来源： 航空动力学报 年份： 2024 文献类型 ： 期刊 关键词： 光滑粒子流体动力学(SPH)   改进设计   气动性能   鸟撞   风扇转子叶片  

描述： 为提高航空发动机风扇转子叶片抗鸟撞能力，基于光滑粒子流体动力学（SPH）方法及LSDYNA显式动力学分析软件对风扇转子叶片的抗鸟撞能力进行评估，分析了不同关键设计参数对气动性能和叶片抗鸟撞性能的影响。结果表明：真实鸟体撞击风扇转子叶片后，主要造成叶片前缘变形、卷边和撕裂。风扇气动性能随叶片前缘半径增大而降低，当前缘半径超过0.25 mm后，风扇的稳定裕度急剧下降；最大厚度位置后移对风扇气动性能有益，但风扇转子叶片抗鸟撞能力下降。在保证风扇气动性能的前提下，通过合理选取设计参数，对风扇转子叶片进行改进设计，改进后叶片的抗鸟撞能力由30 g提高到50 g，抗鸟撞能力得到明显提升。

航空发动机转子叶片扰流激振设计及试验研究

作者： 杨正兵     李京     李光辉     胥奇   来源： 航空动力学报 年份： 2024 文献类型 ： 期刊 关键词： 共振   扰流激励   流固耦合   转子叶片系统   动应变  

描述： ，实现了目标转速范围内转子叶片在不需要外加激励源的条件下出现明显1阶共振。试验研究表明：若激励气体压力变大，能明显导致叶片动应变上升；同时较慢的转子升速速率也会导致叶片动应变增加。因此，试验中可通过调节

基于双绕组感应发电机的航空交直流集成发电系统

作者： 卜飞飞     史建宇     李朋     刘皓喆     赵云     刘哲恺     黄文新     秦海鸿   来源： 航空动力学报 年份： 2024 文献类型 ： 期刊 关键词： 交直流集成发电系统   自抗扰控制   双绕组感应发电机   多目标优化   多电飞机  

描述： 为了满足飞机多电化对于航空发电系统提出的高功率密度、高品质供电以及交直流混合供电的要求，对比分析了多种交直流集成发电方案，并分析了其优势与不足，提出了一种基于双绕组感应发电机的航空交直流集成发电系统。该系统充分利用了双绕组感应发电机定子有两套三相绕组的特点，能够很好的实现交直流集成发电。在进行发电机初步设计后，基于多目标优化算法，以效率和功率密度为目标对双绕组感应发电机进行优化设计，采用交直流集成发电自抗扰控制策略，以提高该系统动态性能与负载适应性。最后研制了一台60 kW（交流24 kW，直流36 W）的双绕组感应发电机原理样机，实验结果显示，该交直流集成发电系统在交流侧突增、突卸负载时，电压突变在±10 V以内，恢复时间不超过25 ms，在直流侧突增、突卸负载时，电压波动在±30 V以内，恢复时间不超过45 ms，具有良好的动态性能和稳态性能，能够实现发电系统的高品质交直流集成发电。研究成果表明，基于双绕组感应发电机的航空交直流集成发电系统有望为我国多电飞机发电系统提供一种有竞争力的可选方案。

航空发动机燃油计量装置稳态特性仿真

作者： 杨世宇     林远方     徐向华     梁新刚   来源： 航空动力学报 年份： 2024 文献类型 ： 期刊 关键词： 计量活门   航空发动机   燃油计量   压差活门   流体网络法   稳态特性  

描述： 为研究燃油计量装置的稳态工作特性，提升质量流量调控性能，基于Python语言自主开发了航空发动机燃油系统一维稳态流动仿真程序，通过建立完善的部件库和高效的求解算法，实现了含压力控制部件的复杂流路仿真模拟。从系统的角度分析了计量装置的工作特点和各参数对流动的影响规律，结果表明：在设计点工况下，计量活门能够正常工作的开度范围是0.3～0.85，过大或过小的开度均不利于质量流量的调控；仅有预紧力可以改变计量活门的开启边界，压差活门参数对供油性能的影响程度随计量活门的开度呈现单调变化；在压差活门的作用下，燃烧室供油量对各系统参数的敏感性较低，参数改变范围内的变化不大于10%，燃油泵的内泄漏是影响供油量的重要因素之一。

航空发动机分布式系统的事件触发滑模控制

作者： 王玮轩     彭靖波     张志芬     张驭     谢寿生     温广瑞     郑劲松   来源： 航空动力学报 年份： 2024 文献类型 ： 期刊 关键词： 分布式控制系统   滑模控制   线性矩阵不等式   动态事件触发机制   时延和丢包  

描述： 针对存在时变时延和随机丢包的航空发动机分布式控制系统，在具有外部扰动的情况下，设计了保证系统渐近稳定的事件触发滑模控制器。为了提高资源的利用率，引入了动态事件触发机制（DETM）来调度采样信号的传输。为了便于滑模面的建立，设计了状态观测器，并基于观测状态构造了积分滑模面。通过李雅普诺夫方法，得到了稳定性准则，并给出了线性矩阵不等式（LMIs）形式的控制器、观测器、事件触发器的参数计算方法。随后设计了滑模控制律，确保了滑模面的可达性。此外，为了提高LMIs的可行性，提出了基于iL-SHADE算法的LMIs参数优化方法。仿真结果表明，在给定的控制框架下，闭环系统能够保证较好的控制性能。在给定的仿真条件下，减少了96.5%的信号传输，极大节省了通信资源。

分布式电推进飞机动力偏航非线性动态逆控制

作者： 尤顺     寇鹏     姚轩宇     王京     梁得亮     梁哲   来源： 航空动力学报 年份： 2024 文献类型 ： 期刊 关键词： 分布式电推进   推力差动   飞行控制   全电飞机   自抗扰控制   非线性动态逆  

描述： 分布式电推进飞机可通过多推进器间的推力差动来调节飞行姿态，从而为实现动力偏航提供了硬件条件。为此，提出一种基于非线性动态逆的动力偏航控制策略。建立考虑分布式电推进系统推力差动的飞机非线性飞行动力学模型，并基于时标分离原则，将其划分为快状态子系统和慢状态子系统。随后，针对慢状态子系统的非线性特性，设计非线性动态逆控制器实现动力偏航控制，所计算出的滚转、俯仰、偏航速率作为参考指令传递给快状态子系统。快状态子系统控制器同样基于非线性动态逆方法设计，通过调节各分布式推进器间的推力差动，实现对给定滚转、俯仰、偏航速率的跟踪。考虑到分布式电推进系统具有天然的冗余性和容错性，将动力偏航控制策略拓展至了推进器冗余和故障等特殊工况。同时，针对分布式电推进器易受突风、电动机参数变化等扰动影响的问题，设计了基于自抗扰方法的各电推进器本地推力控制器。数值仿真结果表明：该策略可以实现90°动力偏航，并且可以抵抗15 m/s的突风扰动。