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航空动力学报 2025年第2期40卷 26-36页

作者：杨加寿魏新谛唐雨萌冀国锋柳阳威中国航发贵阳发动机设计研究所贵阳550081 北京航空航天大学能源与动力工程学院北京100191 北京航空航天大学航空发动机气动热力国家级重点实验室北京100191 西北工业大学国家卓越工程师学院西安710072

对某两级跨声风扇开展了实验和数值模拟研究,该跨声风扇的两级转子均采用前掠设计,第一级静子采用常规构型,末级静子则采用串列构型。对不同转速下的特性参数进行了实验测量,采用Spalart-Allmaras(SA)湍流模型和基于螺旋度修正的SA-Heli... 详细信息

对某两级跨声风扇开展了实验和数值模拟研究,该跨声风扇的两级转子均采用前掠设计,第一级静子采用常规构型,末级静子则采用串列构型。对不同转速下的特性参数进行了实验测量,采用Spalart-Allmaras(SA)湍流模型和基于螺旋度修正的SA-Helicity湍流模型,对风扇100%转速和80%转速的特性进行了定常数值模拟。结果表明:SA模型过低预测了风扇的稳定裕度,SA-Helicity模型对稳定裕度、效率和压比特性的预测精度较SA模型明显提升。风扇第二级的平均负荷高于第一级,工况向近失速点移动时,总温和总压增加的贡献也主要来自于第二级。风扇主要损失来源自转子激波引起的边界层增厚和静子端区的角区分离。特别是在近失速点,第一级静子和第二级串列静子的第一排叶片端区产生的角区分离结构是引起损失剧烈增加的主要原因。

关键词：跨声风扇多级风扇/压气机湍流模型高负荷气动性能

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火花能量及相位对点火成功率影响的数值模拟

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航空动力学报 2025年第3期40卷 109-119页

作者：李晶茹黄勇北京航空航天大学能源与动力工程学院北京航空航天大学航空发动机气动热力国家级重点实验室先进航空发动机协同创新中心

为了研究火花能量及相位对航发燃烧室点火成功率的影响，采用大涡模拟（LES）方法对轴径向旋流器燃烧室点火过程进行模拟。模拟结果表明增大火花能量至10 J后点火仍具有随机性，同种可燃工况下单脉冲火花点火并非都能建立稳定火焰，且... 详细信息

为了研究火花能量及相位对航发燃烧室点火成功率的影响，采用大涡模拟（LES）方法对轴径向旋流器燃烧室点火过程进行模拟。模拟结果表明增大火花能量至10 J后点火仍具有随机性，同种可燃工况下单脉冲火花点火并非都能建立稳定火焰，且增大火花能量后火花相位对点火成功率的影响并没有得到改善，单个火花能量释放持续时间0.2 ms远小于流场脉动周期8.76 ms是造成火花相位严重影响点火结果的根本所在。在总点火能量相同的前提下在单脉冲点火失败的火花相位进行多脉冲点火，验证了在一个流场脉动周期内采用多个火花脉冲代替单个火花脉冲点火是减小随机性对点火成功率影响的有效途径。

关键词：大涡模拟火花相位火花能量燃烧室点火成功率

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涡轮叶片辐射测温技术应用进展

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计测技术 2025年第1期45卷 21-44页

作者：马宏伟高若琳北京航空航天大学能源与动力工程学院北京100191 北京航空航天大学航空发动机气动热力国家级重点实验室北京100191

相比传统测温技术,辐射测温具有非接触、响应快、高温适应性强等优势,可实时测量涡轮转子叶片等关键部件的表面温度分布。介绍了亮度测温法、比色测温法、电荷耦合器件(Charge-Coupled Device,CCD)测温法、多波长辐射测温法等具有代表... 详细信息

相比传统测温技术,辐射测温具有非接触、响应快、高温适应性强等优势,可实时测量涡轮转子叶片等关键部件的表面温度分布。介绍了亮度测温法、比色测温法、电荷耦合器件(Charge-Coupled Device,CCD)测温法、多波长辐射测温法等具有代表性的辐射测温方法的基本原理、技术特点及适用范围。阐述了辐射测温技术在涡轮叶片温度测试中的应用和发展现状,探讨了该技术未来的发展方向,提出可通过优化光学探头设计、使用更先进的算法、应用新型耐高温材料等手段,进一步提升辐射测温技术的准确性和可靠性;可将辐射测温技术与热电偶测温技术相结合,构建更加精准、稳定的涡轮叶片温度监测系统。

关键词：辐射测温高温涡轮亮度测温比色测温 CCD测温多波长辐射测温

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低速轴流压气机叶尖泄漏涡破碎研究

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机械研究与应用 2025年第2期38卷 21-24,28页

作者：庞健贺象马宏伟中国航发湖南动力机械研究所中小型航空发动机叶轮机械湖南省重点实验室湖南株洲412002 北京航空航天大学能源与动力工程学院航空发动机气动热力国家级重点实验室北京100191

该文对低速大尺寸轴流压气机进行了全环定常和非定常的数值模拟,并研究了近失速状态下压气机叶尖泄漏涡破碎、泄漏涡非定常摆动和旋转不稳定性的关联性。研究结果表明:当压气机接近失速点时,转子叶尖出现泄漏涡非定常破碎,易引起叶片前... 详细信息

该文对低速大尺寸轴流压气机进行了全环定常和非定常的数值模拟,并研究了近失速状态下压气机叶尖泄漏涡破碎、泄漏涡非定常摆动和旋转不稳定性的关联性。研究结果表明:当压气机接近失速点时,转子叶尖出现泄漏涡非定常破碎,易引起叶片前缘压力面和吸力面压差的周期性变化,导致泄漏速度周期发生变化,从而造成泄漏涡周期性的摆动。相邻叶片的泄漏涡非定常摆动的相位并不相同,从周向空间来看,形成具有稳定波数和传播速度的旋转不稳定性。研究结果对认识旋转不稳定性的流动机制具有一定参考意义。

关键词：轴流压气机全环数值模拟非定常流动泄漏涡破碎旋转不稳定性

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掺氢功率比对富氢甲烷燃烧振荡特性的影响

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推进技术 2023年第1期44卷 182-195页

作者：昌运鑫宋恒韩猛刘玉治韩啸林宇震北京航空航天大学航空发动机研究院航空发动机气动热力国家级重点实验室北京100191 北京航空航天大学能源与动力工程学院航空发动机气动热力国家级重点实验室北京100191

为探究工程应用中富氢甲烷对燃烧振荡的影响,在北航BASIS燃烧器上针对富氢甲烷的中心分层火焰展开实验研究。分析主燃级当量比、预燃级当量比、主燃级掺氢功率比(氢气功率与主燃级燃料功率的比值)对燃烧振荡的影响。保持预燃级空气流量... 详细信息

为探究工程应用中富氢甲烷对燃烧振荡的影响,在北航BASIS燃烧器上针对富氢甲烷的中心分层火焰展开实验研究。分析主燃级当量比、预燃级当量比、主燃级掺氢功率比(氢气功率与主燃级燃料功率的比值)对燃烧振荡的影响。保持预燃级空气流量为2g/s,主燃级空气流量为10g/s,围绕主燃级当量比、预燃级当量比、主燃级掺氢功率比进行24个工况下的128组试验。试验对火焰压力脉动的振幅与频率进行测量,并结合火焰宏观形状进行分析研究,发现对于大多数当量比的工况,富氢甲烷火焰都处于同一模态,出现火焰分层现象但不产生燃烧振荡。主燃级当量比ϕ_(main)=0.6与0.55时,富氢甲烷火焰脉动振幅随掺氢比加大,先增后减,分别有42%和32%的工况发生燃烧振荡。ϕ_(main)=0.5时,燃烧振荡只在高预燃级当量比(ϕ_(pilot))、高掺氢比时发生,仅有7%的工况出现燃烧振荡。因此,为实现更大的减碳比例,在不改变燃烧器构型的情况下,大掺氢功率比燃烧需要工作在主燃级和预燃级非常贫油的条件下。在部分工况中,掺加氢气可以在一定程度上减弱热声振荡的强度。

关键词：富氢甲烷燃烧振荡分层旋流火焰贫油燃烧掺氢功率比

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基于深度学习的PIV流场图像修复技术

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推进技术 2022年第9期43卷 330-337页

作者：覃子宇郑东生周宇晨韩啸惠鑫王作侠刘翔张弛北京航空航天大学能源与动力工程学院航空发动机气动热力国家级重点实验室北京100191 北京航空航天大学航空发动机研究院航空发动机气动热力国家级重点实验室北京100191

粒子图像测速技术(PIV)是空天动力装置研究中常用的流场测试方法。但对具有复杂流动特征的燃烧室,通过传统互相关算法处理得到的流场结果往往具有一定缺陷。本文将深度学习应用于PIV后处理中,以实现流场数据的异常检测和修复。在甲烷预... 详细信息

粒子图像测速技术(PIV)是空天动力装置研究中常用的流场测试方法。但对具有复杂流动特征的燃烧室,通过传统互相关算法处理得到的流场结果往往具有一定缺陷。本文将深度学习应用于PIV后处理中,以实现流场数据的异常检测和修复。在甲烷预混对冲火焰数据集上,将异常划分为两种类型,并搭建U-Net卷积神经网络架构。经过训练和优化,模型以较高置信水平识别两类异常并使用不同策略自适应修复,过滤噪声并保留原始正常数据。同时模型具有较好的可迁移性,可以为其它种类的流场数据修复提供参考。与POD迭代法和中值滤波相比,神经网络强大的非线性特征具有明显的优势,这种方法不仅修复率高,而且在不同工况下鲁棒性好。

关键词： PIV 后处理 U-Net 异常检测异常修复

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反推装置对翼身融合分布式推进系统气动性能影响数值模拟

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航空动力学报 2019年第10期34卷 2211-2217页

作者：楼雨杼陈真蒋诗意赵永康施锦程李海旺唐鹏北京航空航天大学能源与动力工程学院航空发动机气动热力国家级重点实验室

为了研究新型反推装置对翼身融合分布式推进系统气动性能的影响,将机身简化为二维模型,利用数值模拟的手段来研究攻角、反推开度,以及风扇打开或关闭对飞行参数的影响,为翼身融合分布式推进系统的反推装置设计提供初步的意见和建议。结... 详细信息

为了研究新型反推装置对翼身融合分布式推进系统气动性能的影响,将机身简化为二维模型,利用数值模拟的手段来研究攻角、反推开度,以及风扇打开或关闭对飞行参数的影响,为翼身融合分布式推进系统的反推装置设计提供初步的意见和建议。结果显示:反推闭合和风扇打开之后该机型的升力系数和俯仰力矩系数都会有较大增加;随着反推开度的增加,升力系数和俯仰力矩系数也随之增加;来流攻角对翼身融合分布式推进系统的气动性能也有较大影响。

关键词：翼身融合反推装置分布式推进系统升力系数俯仰力矩系数

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基于钇稳定二氧化锆阻温特性的火焰传感器

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推进技术 2019年第8期40卷 1902-1911页

作者：徐汉卿樊未军张荣春覃文隆石强北京航空航天大学能源与动力工程学院航空发动机气动热力国家级重点实验室

基于钇稳定二氧化锆(Yttria-stabilized Zirconia,YSZ)的阻温特性,设计了以YSZ热敏电阻为感受元件的火焰传感器,以传感器热敏电流信号表征火焰状态。采用伏安法,测量了YSZ热敏电阻在673K^1523K温度下的阻值,验证了YSZ阻值与温度的倒数... 详细信息

基于钇稳定二氧化锆(Yttria-stabilized Zirconia,YSZ)的阻温特性,设计了以YSZ热敏电阻为感受元件的火焰传感器,以传感器热敏电流信号表征火焰状态。采用伏安法,测量了YSZ热敏电阻在673K^1523K温度下的阻值,验证了YSZ阻值与温度的倒数呈指数关系。在Tirril喷灯点火、熄火试验中,研究了激励电压(3V^15V)、火焰温度(720K^1480K)和燃气流量(60L/h^150L/h)对传感器阶跃响应特性的影响。结果表明:热敏电流与激励电压呈正比,随火焰温度的升高而增大;点火响应时间随火焰温度、燃气流量的升高而减小;熄火响应时间基本不受火焰温度与燃气流量的影响。YSZ传感器能够对火焰产生正确响应,并且信号稳定、幅值强烈。

关键词：火焰传感器钇稳定二氧化锆热敏电阻阻温特性响应特性

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出流角对旋转涡轮叶片前缘气膜冷却影响

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工程热物理学报 2020年第2期41卷 320-328页

作者：韩枫李海旺北京航空航天大学能源与动力工程学院航空发动机气动热力国家级重点实验室

基于频闪拍照和稳态液晶测温技术,实验研究了不同气膜孔出流角对旋转态整级涡轮叶片前缘外壁面的气膜冷却特性的影响。实验中,叶片前缘处的主流雷诺数为6.3378×104。实验转速为574 r/min,对应的旋转数为0.0018。平均吹风比从0.5变... 详细信息

基于频闪拍照和稳态液晶测温技术,实验研究了不同气膜孔出流角对旋转态整级涡轮叶片前缘外壁面的气膜冷却特性的影响。实验中,叶片前缘处的主流雷诺数为6.3378×104。实验转速为574 r/min,对应的旋转数为0.0018。平均吹风比从0.5变化到1.25。射流采用N2,其对应的密度比为1.04。结果表明:展向平均气膜冷效是随吹风比的增加而单调增加的,其中最佳吹风比为M=1.25。对于所有吹风比,在-4.3

关键词：旋转涡轮叶片前缘气膜冷却冷却效率

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热障涂层在涡轮叶片应用中的热防护有效性

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航空动力学报 2019年第11期34卷 2503-2508页

作者：朱剑琴赵超凡邱璐陶智北京航空航天大学能源与动力工程学院航空发动机气动热力国家级重点实验室

建立了含热障涂层的涡轮叶片简化传热模型,通过理论推导建立了热障涂层的有效性判据,并基于此进行了热防护有效性分析。理论分析与数值实验表明:由热障涂层带来的复合传热表面传热系数的变化会显著影响热障涂层的热防护效果;在发动机典... 详细信息

建立了含热障涂层的涡轮叶片简化传热模型,通过理论推导建立了热障涂层的有效性判据,并基于此进行了热防护有效性分析。理论分析与数值实验表明:由热障涂层带来的复合传热表面传热系数的变化会显著影响热障涂层的热防护效果;在发动机典型工况下,对于处于高温区的高压涡轮叶片前缘处,热障涂层引起的复合传热表面传热系数变化率最大值的范围为1.25%~10.83%以满足热防护有效性要求。在工程中应特别注意由于热障涂层的应用带来的复合传热表面传热系数的变化,否则会导致热防护失效,甚至产生反效果。

关键词：热防护航空发动机热障涂层传热机理有效性分析

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