突加高能载荷作用下航空发动机结构动态响应及安全性综述

作者： 陈伟   刘璐璐   宣海军   罗刚   赵振华   韩佳奇   周标   来源： 推进技术 年份： 2021 文献类型 ： 期刊 关键词： 转子动态响应   结构损伤   叶片丢失   整机振动   航空发动机   鸟撞  

描述： 航空发动机在服役期间可能遭受鸟撞、叶片丢失等突加高能载荷的作用,造成发动机整机/部件动力学特性恶化和关键构件的损伤,危及发动机的结构安全性。本文从突加高能载荷复现方法与传递规律、突加高能载荷作用下转子/整机结构响应研究、突加高能载荷作用下关键构件损伤机理三个方面综述了现有研究工作,并针对近年来发展的抗突加高能载荷的安全性设计方法进行了探讨,最后分析了突加高能载荷问题的科学本质及发展趋势,为突加高能载荷作用下航空发动机安全性设计提供了重要参考。

航空发动机空气起动系统性能匹配计算方法

作者： 刘伟   田宏星   陈玉春   潘尚能   黄兴   来源： 推进技术 年份： 2021 文献类型 ： 期刊 关键词： 匹配机理   计算方法   调压装置特性   空气起动系统   引气管路损失  

描述： 为了探索航空发动机空气起动系统的匹配机理,寻找改善全包线内系统性能的技术途径,通过对系统各单元工作特性及相互制约条件的分析,在综合辅助动力装置(APU)、引气管路、调压装置、空气涡轮起动机(ATS)特性计算模型的基础上,发展了一种基于各单元匹配的空气起动系统性能计算方法。该方法能够准确获取系统设计点、各单元特征参数及边界条件,确定APU引气特性、引气管路损失特性、ATS喉道面积和调压装置蝶阀调节规律,进而实现空气起动系统全包线特性计算。利用试验数据对模型进行了校验,结果表明,输出功率计算误差<3.5%、引气流量计算误差<4%。该模型克服了目前工程上只能单点计算,且需反复迭代的缺陷,为空气起动系统总体性能设计和评估提供了一种有效的分析工具。

基于混合区域极点配置的航空发动机全包线鲁棒变参数控制器设计

作者： 贾秋生   史新兴   李华聪   韩小宝   李岩   来源： 推进技术 年份： 2021 文献类型 ： 期刊 关键词： 线性变参数模型   航空发动机   鲁棒控制   参数依赖Lyapunov函数   极点配置  

描述： 针对航空发动机全包线多变量鲁棒变增益控制器设计问题,提出了一种基于混合区域极点配置的鲁棒变参数控制方法。利用Jacobian方法建立多调度参数下的发动机仿射线性变参数(Linear parameter varying,LPV)模型,用于描述发动机全包线内的非线性动态特性;针对上述LPV模型,采用仿射参数依赖Lyapunov函数设计具有H∞鲁棒性能的状态反馈控制器,给出了控制系统全局稳定性的证明;并利用混合区域极点配置方法,将闭环系统极点配置到左半平面指定位置,以保证控制系统的动态特性及稳定裕度;进而引入凸多胞技术,将参数依赖线性矩阵不等式(Linear matrix inequality,LMI)方程转化为有限维LMI进行控制器求解,并得到了全局解。针对涡扇发动机的仿真结果表明:存在复杂量测噪声干扰条件下,鲁棒变参数控制器可以实现发动机全包线内控制指令的精确跟踪,系统阶跃响应的调节时间不超过1.5s,系统无超调,对控制期望的稳态跟踪误差在0.02%以内,符合发动机控制系统技术要求。

航空发动机高压转子“可容模态”设计及实验验证

作者： 赵璐   廖明夫   薛永广   刘巧英   李岩   葛新瑞   来源： 推进技术 年份： 2022 文献类型 ： 期刊 关键词： 航空发动机   “可容模态”设计   高压转子   转子动力学   实验验证  

描述： 为降低航空发动机高压转子的振动,提高高压转子对复杂工况的可容度,本文建立带双阻尼器的高压转子动力学模型,开展模态分析和响应分析,研究高压转子关键结构参数对"可容模态"的影响规律。构造了可容度评价函数η,建立了"可容模态"设计方法。设计了高压转子模拟实验器,通过模态校核实验验证了计算模型和计算方法的准确性,通过"可容模态"实验验证了设计方法的可行性。研究发现,利用当量临界转速■估计转子系统前两阶临界转速的方法可行,高压转子实验器的临界转速满足■;高压转子实验器在两阶"可容模态"下连续"共振"时长达到7125s,实验器转子关键部位的振动位移峰值不超过79.42μm,振动速度有效值不超过2.33mm/s,最大波动不超过10.59%。结果表明,所建立的发动机高压转子"可容模态"设计方法是行之有效的。

剪切载荷下航空发动机螺栓松动行为及其临界值的数值模拟研究

作者： 王开平   闫明   孙自强   苏东海   刘海超   惠安民   来源： 推进技术 年份： 2022 文献类型 ： 期刊 关键词： 临界值   螺栓连接结构   影响因素   松动行为   剪切载荷   数值模拟  

描述： 一初始预紧力临界值,当初始预紧力小于此临界值时,松动开始于旋转松动期,反之经历整个松动期;存在两个剪切载荷幅值临界值,当大于第1临界值时,螺栓松动会发生反之不会发生,当大于第2临界值时,松动过程经历

基于拓扑优化的航空发动机滑油箱支架设计

作者： 王雁   周才华   周演   徐胜利   王博   李玉韦   刘中华   来源： 推进技术 年份： 2022 文献类型 ： 期刊 关键词： 灵敏度分析   滑油箱支架   相对位移   拓扑优化   局部刚度  

描述： 支架是航空发动机滑油箱组件中的重要部件,用于连接和固定滑油箱组件中的箍带。但现有支架设计会引起与之相连的箍带承受偏心拉力,导致结构应力水平偏高进而发生疲劳破坏。本文提出了一种考虑结构局部刚度的拓扑优化方法,能够在提升支架整体刚度的同时兼顾局部刚度,使支架的刚度分布更加合理,进而显著降低与之相连的箍带的应力水平。利用该优化方法优化后的支架结构质量与初始结构相同,最大形变量降低了17.7%,与之相连的箍带结构不再受偏心拉力,应力分布更为均匀,最大应力降低了30.84%,验证了考虑结构局部刚度的拓扑优化方法在支架结构设计中的有效性。

航空发动机高低压转子间碰摩故障特征提取

作者： 边杰   梅庆   陈亚农   徐友良   彭春雷   来源： 推进技术 年份： 2022 文献类型 ： 期刊 关键词： 振动信号分离   航空发动机   高低压转子   参数自适应变分模态分解   故障特征提取  

描述： 高低压转子的1倍频和2倍频成分;当发动机振动异常时,低压转子弹性支承应变信号的APVMD模态分量除了包含低压转子的1倍频及倍频成分,还包含高压转子的1倍频和分频成分,以及高低压转子间的调制频率和组合

航空发动机两种加速控制计划的融合控制方法研究

作者： 张鑫海   刘金鑫   李明   耿佳   宋志平   来源： 推进技术 年份： 2022 文献类型 ： 期刊 关键词： 控制计划   航空发动机   燃油流量   融合控制   加速过程   喘振  

描述： 转速导数（N-dot）和换算燃油流量加速控制计划是航空发动机加速过程安全、快速的重要保障，但各自分别易受到功率提取、性能衰退和传感器、燃油计量装置误差的影响，导致失速喘振或加速性的下降。为了提高所控制加速过程的鲁棒性，一种基于这两种控制计划的融合控制方法被提出，该方法根据两者所获燃油流量的偏差大小对N-dot限控目标值进行修正，进而获得实际的加速燃油流量。以双转子加力涡扇发动机为对象的仿真验证表明，该控制方法可以适应全包线加速控制的需要；相比其余两种控制计划在受功率提取、误差影响下保持正常工作的范围更广；相同工作条件下，该方法比N-dot控制计划更不易发生喘振，比换算燃油流量控制计划的加速时间更短。

考虑性能退化的航空发动机故障诊断量化评估

作者： 孙瑞谦   缑林峰   韩小宝   刘志丹   来源： 推进技术 年份： 2022 文献类型 ： 期刊 关键词： 航空发动机   巴氏距离   性能退化   量化评价   最优状态观测器   故障可诊断性   距离相似度  

描述： 航空发动机全生命周期内的故障诊断一直是研究的热点，为保障航空发动机在性能退化条件下故障诊断算法的可靠性，对考虑性能退化的航空发动机进行故障可诊断性量化评估有着重要的意义。从状态量的可测量性以及最优观测器设计两个方面对退化状态下航空发动机的滑动窗口模型进行解耦处理。从故障可检测及可隔离两个方面对故障的可诊断性进行量化评估，以巴氏距离为量化标准，将量化评估问题转换为多元分布概率距离求解问题。同时，从故障空间的角度对故障可隔离性进行定义，剥离了参考故障模式的影响，将可隔离性转化为故障空间中故障模式的固有属性，并给出航空发动机故障可检测及可隔离的判据。仿真结果证明，本文所提出的方法可以在发动机性能退化条件下对控制系统传感器、执行机构故障以及发动机气路部件故障进行可诊断性量化评估。

航空发动机气冷涡轮叶片冷却结构研究进展

作者： 孔祥灿   张子卿   朱俊强   徐进良   张燕峰   来源： 推进技术 年份： 2022 文献类型 ： 期刊 关键词： 气冷涡轮叶片   冷却效率   气膜孔   涡旋冷却   强化换热   扩展板  

描述： 高效的冷却结构是避免气冷涡轮叶片受热损坏的关键，直接影响叶片冷却效率和航空发动机稳定性。但是高效冷却结构导致主流与冷气流的相干效应更加复杂，并且高效冷却结构的发展一直受到加工工艺的制约。本文从控制冷气流动的角度，将涡轮叶片分为前缘、中弦和尾缘区域，重点综述了近十年气冷涡轮叶片冷却结构的研究进展以及涡轮旋转状态下的气动传热特性，包括涡旋冲击冷却、气膜孔形状、尾缘内部强化换热结构与分隔肋形状等。在此基础上，对比了各个结构的冷却效果，并且指出各类冷却结构的缺陷。最后提出气冷涡轮叶片未来的发展方向和难点。