航空发动机高温钛合金非等温氧化行为研究进展

阻燃性能是衡量航空发动机钛火安全的关键性能指标,通常采用钛合金材料/构件抵抗热自燃、点燃和扩展燃烧的能力进行综合评价。针对高性能航空发动机对先进高温钛合金的需求,在回顾近期抗点燃性能和抗燃烧性能试验技术研究基础上,重点从抗热自燃性能的层面介绍阻燃钛合金、高温钛合金及钛铝金属间化合物的非等温氧化行为及阻燃机理的研究进展,并对未来发展方向进行展望。     

航空发动机钛火预防技术研究的进展

针对航空发动机防钛火的控制技术,结合国内外相关工作的研究状况,从钛火机制分析、防钛火阻燃合金的作用机制、阻燃钛合金体系研究状况、阻燃涂层的研究及防钛火结构设计等方面,对航空发动机钛火控制技术领域取得的研究成果进行总结和分析.重点论述了各国先进航空发动机中良好的钛火预防技术,并提出我国应建立钛合金启燃与环境(温度、压力、流速)的关系,从根本上解决了阻燃钛合金工程化问题上存在的风险.      

界面在钛合金燃烧过程中的作用

高推重比航空发动机中的钛火在燃烧过程中燃烧界面对钛合金燃烧行为有重要影响。研究结果表明,钛合金燃烧产物与空气的界面及产物内部因膨胀系数、Ｐ－Ｂ比不同等原因,均严重开裂、多孔,不能阻止燃烧的持续进行。纯钛和ＴＣ４合金燃烧产物与基体的界面也如此,而Ｔｉ４０阻燃钛合金的燃烧产物与基体的界面致密,界面产物是稳定的具有保护作用的Ｃｒ２Ｏ３,可阻止空气中可燃气体氧向基体内扩散,降低合金的燃烧速度。以此为基础提出了阻燃钛合金的中断氧输送阻燃机理     

航空发动机钛火故障及防护技术

钛合金以其优良的特性在航空发动机上得以广泛应用,在显著提高发动机性能的同时,也带来了另外一个严重的问题——钛火故障。本文阐述了钛火故障的危害及原因,介绍了改进结构设计、发展钛合金阻燃涂层和阻燃钛合金等钛火防护技术。     

可变环境条件下钛合金旋转摩擦着火试验研究

为研究航空发动机压气机钛合金构件发生钛火的形成机理和影响规律,围绕试验件设计、参数测试与状态调控等关键技术进行深入探索,完善了可变环境条件下的钛合金旋转摩擦试验方法,并在此基础上开展了试验件结构、材料与气流参数对钛合金燃烧特性影响的试验研究。试验结果表明:双环结构试验件具有较好的强度和刚度,能够满足钛合金摩擦试验要求;在试验工况范围内,TC4钛合金材料较Ti40材料更容易燃烧,且气流参数对钛合金燃烧特性的影响不明显。     

模拟环境下TB12阻燃钛合金燃烧特征与应用设计

采用摩擦试验方法在模拟航空发动机压气机环境下对TB12阻燃钛合金的起燃和扩散燃烧等特性进行了研究。结果表明,TB12阻燃钛合金在摩擦生热作用下会发生燃烧,表现为转静子试验件初始碰磨会引发突然燃烧,局部燃烧烧损使得试验件的高度尺寸减小,但其对扩散燃烧不敏感,燃烧快速停止,未发生类似与TC4钛合金的持续扩散燃烧现象。TB12阻燃钛合金燃烧产物具有较强的黏附性能、较高的强度、润滑功能和导热系数低的特点,黏附在试验件表面可降低摩擦生热量,阻止摩擦热向基体传导,减少了转静子试验件再次引发燃烧的可能性。根据TB12阻燃钛合金燃烧特点,在航空发动机中设计应用于压气机静子叶片,初始碰磨引发TB12阻燃钛合金叶片局部烧损后快速停止,形成的燃烧产物将阻止静子叶片与转子鼓筒直接碰磨,可降低因鼓筒失稳鼓包以及鼓包与悬臂静子叶片碰磨导致航空发动机钛火这一故障风险。     

航空发动机钛火防护技术及试验验证方法

钛合金在航空发动机上应用广泛,特别是对于追求高推重比的军用发动机更是如此。但采用钛合金存在钛火风险,且钛火故障危害大、发生频率高。分析了钛火故障产生的原因,描述了故障导致的后果,并结合发动机上典型钛火故障,总结了4种较为有效的钛火防护设计技术。阐述了钛火防护技术的试验验证方法和目的,指出只有通过试验验证,才能确认钛火防护技术的安全有效。     

TC11钛合金表面阻燃涂层的抗点燃性能及机理研究

采用摩擦氧浓度点燃方法,研究YSZ+NiCrAl-B.e复合涂层对TC11钛合金抗点燃性能的影响,并结合摩擦磨损分析和非稳态热传导计算,探讨复合涂层的阻燃机理。结果表明:YSZ+NiCrAl-B.e复合涂层显著提高了钛合金的抗点燃性能,其临界着火氧浓度约为钛合金基体的2.3倍;钛与复合涂层构成摩擦副的摩擦性能高于钛与钛;NiCrAl-B.e层对提高钛合金抗点燃性能的影响不明显。摩擦点燃过程中,YSZ层能够大幅度降低钛合金基体的温度升高,阻隔了热量的快速传输,从而起到延迟点燃钛合金的作用,在这个意义上,该体系涂层中YSZ层是阻燃层,热量阻隔是主要的阻燃机理。     

我国航空发动机用几种涂层技术的差距及未来发展

论述了航空发动机隐身、抗冲蚀、防钛火涂层的技术现状.强调研究多元合金化及复合冲蚀涂层、阻燃涂层及阻燃性能测试技术,研究强吸波和低红外发射涂层、宽频带和多频谱隐身、雷达与红外隐身兼容涂层,以促进我国隐身战机的研制.     

Ti-V-Cr系阻燃钛合金应用研究进展

阻燃钛合金是为了应对航空发动机钛火隐患而研制高温结构材料。经过近十年的发展,研发出500℃(Ti40)和550℃(TF550)两个耐温级别的Ti-V-Cr系阻燃钛合金,并且在Ti-V-Cr系阻燃钛合金工业铸锭熔炼、挤压开坯、棒材锻造及环锻件轧制等工艺技术方面取得了较大进展。通过拓展摩擦点火实验技术,建立了以P-co曲线定量表征钛合金抗点燃性能的测试方法,测试结果表明,Ti40与TF550阻燃钛合金具有接近的抗点燃性能。综合考虑原材料成本、综合性能和制造工艺等多方面的因素,Ti40和TF550阻燃钛合金各具优势。     

民用飞机短舱密封件防火试验技术研究

对于涡扇发动机,短舱的核心舱为指定火区。如果附件齿轮箱(AGB)布置在风扇舱,风扇舱是指定火区。短舱应满足防火的要求,以将火区和非火区完全隔离,防止火区的火焰或高温气体进入到其它区域,造成危害。短舱防火密封件是短舱防火墙的重要组成部分,在短舱和吊挂之间,以及短舱各部件之间的界面通常设计有密封件,部分密封件位于火区的边界,因此需要满足相应的防火设计要求,而防火试验验证是目前普遍采用的适航验证方法。从防火适航要求入手,分析了防火试验的要求,包括试验件要求、试验设备要求、试验环境要求,详细阐述了密封件的防火试验方法。最后以块状橡胶密封件防火试验为例,对试验结果进行了分析。对于进行短舱的防火墙试验具有指导意义。     

尾吊布局民机短舱防火区热影响计算分析

本文给出了尾吊布局的民机发动机短舱与机身组合体的三维空气流动与传热的物理和数学模型．根据发动机短舱和机身的组合模型特点,应用非结构化网格和柱状附面层网格对计算区域进行划分,采用k-ε湍流模型和相应的对流换热、辐射换热模型模拟了短舱风扇罩表面着火后对附近机身的热影响．分析认为采用CFD分析可在防火区选型设计阶段起到辅助作...     

航空发动机钛材料磨削技术研究现状及展望

钛材料主要指钛合金、钛铝金属间化合物和钛基复合材料，具有密度低、强度高、抗氧化与蠕变性能好等优异特性，在航空发动机领域具有广泛应用前景。钛材料属于典型的难加工材料。磨削是高效精密加工钛材料的重要方法，可以获得良好的加工精度和表面质量。首先概述了钛材料在航空发动机中的应用及其磨削工艺技术总体情况。随后，从磨削力与磨削温度、砂轮磨损、材料去除机理、表面完整性等方面阐述了钛材料磨削技术的研究进展，并总结了针对钛材料磨削关键问题提出的新工艺和新方法。最后，对钛材料磨削技术未来的研究方向进行了展望。     

我国航空用钛合金材料研究现状

评述了我国航空用钛合金材料研制部门近几年研究现状,包括高温钛合金、钛基复合材料、强韧性钛合金、阻燃钛合金等,以及将来的发展趋势.     

钛合金构件碰摩着火试验器研制及应用

介绍了自主研制的国内首台可变环境条件(压力、温度、流速)旋转碰摩式钛火试验器及相关试验研究,建立了旋转碰摩着火试验流程。通过设定旋转碰摩的工作环境及进给力大小,成功再现了钛合金试样(TC17/TC4)着火、稳定燃烧、燃烧扩展等复杂燃烧过程。该试验器的成功研制,为钛合金构件着火性能及其防护研究提供了试验手段,在航空发动机钛合金燃烧特性评估和防钛火试验研究领域,具有良好的应用前景。     

新型高温钛合金成形工艺探索

通过分析合金的材料特点、材料对塑性成形工艺条件的要求,研究了Ti750合金的热压、热旋压、超塑、焊接工艺性能。结果表明:该合金的热旋压成形工艺性较差;热压与超塑成形工艺性较好;合金具有较好的焊接性能。     

酒石酸钠体系中TC18钛合金阳极氧化膜的制备、表征与疲劳性能

在以酒石酸钠为成膜剂的新型无氟环保电解液体系中对TC18钛合金进行阳极氧化,制备出一种钛合金阳极氧化膜。通过扫描电子显微镜和拉曼光谱仪分析了阳极氧化膜的形貌和相结构。采用电化学方法研究了阳极氧化后TC18钛合金的耐腐蚀性能。采用万能高频疲劳试验机进行高频疲劳试验。结果表明：膜层具有沟壑与鼓包的表面形貌。膜层具有非晶态、锐钛矿型及金红石型TiO₂结构,可能有板钛矿TiO₂结构。阳极氧化后TC18钛合金的耐蚀性有显著的提高。阳极氧化后TC18钛合金的拉伸性能与疲劳性能基本不降低,相比于传统硫酸-磷酸型阳极氧化,拉伸性能和疲劳性能得到了一定的改善。     

钛合金包铁在复合材料桨叶上的应用研究

介绍了对钛合金作为复合材料桨叶包铁所作的研究,包括钛合金选材设计,表面处理、热成型工艺,成型后包铁的残余应力,以及与桨叶胶接试验验证.研究结果表明钛合金板材可以用于制造复合材料桨叶包铁.