基于难度系数平衡的涡轴发动机总体设计方法

为了实现第5代涡轴发动机从概念至初步设计阶段的总体方案设计,发展一种兼顾涡轴发动机总体性能与尺寸质量的总体设计方法。统计并评估国内外典型型号涡轴发动机的技术参数,建立涉及总体性能、总体结构、部件的气动/结构/强度/材料等数据库;在概念设计阶段,应用难度系数选取涡轴发动机的技术参数,开发涡轴发动机总体性能和尺寸质量设计的计算模型及程序。基于设计准则完成涡轴发动机总体性能以及各转子部件气动、结构、强度、尺寸及质量等总体方案设计。结果表明:所提出的总体设计方法能够快速有效的实现涡轴发动机的总体方案设计,并以此方法设计完成轴动功率为1500kW的第5代涡轮发动机,耗油率为0.248kg/(kW·h),功质比为10.26kW/kg。      

基于浮动装夹自适应加工工艺的薄壁件加工变形控制技术研究

航空薄壁件尺寸大、壁薄、材料去除率高,极易发生加工变形问题,严重影响零件加工质量,因此航空薄壁件的加工变形控制具有重要的意义。以某传扭转接盘作为研究对象,基于加工过程中的监测变形力重构毛坯全局残余应力分布,优化了零件的加工位姿,并结合浮动装夹自适应加工工艺实现了零件的加工变形有效控制。实际加工试验将零件的平面度和平行度分别控制在0.11mm和0.04mm,结果表明,该方法能显著控制工件加工变形。     

基于涡轴发动机性能与尺寸重量的耦合评估方法

为了研究下一代先进涡轴发动机的技术参数发展和新材料新技术的引入对涡轴发动机的影响,结合部件法的涡轴发动机总体性能评估模型以及尺寸重量评估模型,提出了一种综合考虑涡轴发动机总体性能、总体结构、部件的气动/结构/强度/材料等的耦合评估方法。该方法能够对不同结构形式的涡轴发动机进行评估,获得涡轴发动机总体性能参数、整机的流路尺寸与重量以及部件的气动/结构/强度/尺寸/重量等详细参数。使用该方法对美国的第五代先进涡轴发动机GE3000进行评估,研究了GE3000的总体性能、部件的气动/结构/强度/流路尺寸以及整机流路尺寸与重量。与公布的GE3000数据对比表明,总体性能误差小于1.0%,发动机的整机重量误差2.0%,整机流路尺寸误差小于1.0%,表明这种评估方法切实可行,计算精度较高。     

航空发动机TC4机匣加工变形控制研究

航空发动机机匣零件的设计采用整体化、轻量化设计思想,使得结构复杂、规格尺寸大、薄壁特征多,而设计精度要求却在逐渐提高,机匣件加工后产生的变形问题尤显突出。探讨了薄壁结构机匣零件加工变形产生机理,提出分区去除余量控制加工变形的方法。使用Prism电子斑纹干涉钻孔残余应力仪测量了钛合金TC4机匣毛坯表层深度残余应力,通过有限元仿真结果预测出机匣毛坯内部残余应力分布规律。建立了机匣切削加工的有限元仿真模型并进行数值仿真,对两种工艺路线下的变形进行对比分析。最后,通过机匣的切削加工试验验证了仿真结果的正确性。     

复杂薄壁零件加工的辅助刚性增强方法

刚性差是薄壁零件加工领域的一个难题,采用包裹或填充辅料提高薄壁零件刚性的方法对解决薄壁零件加工变形问题、提高工艺性、控制尺寸变化有良好的效果,是提高薄壁件加工性能的有效途径,对提高加工质量和生产效率有着积极的意义。     

基于直升机飞行性能需求的涡轴发动机设计参数选取方法研究

以直升机性能计算方法为基础,辅以考虑尺寸效应及设计能力的涡轴发动机设计方法,建立了以直升机旋翼桨盘载荷及最大起飞功重比为特征参数的直升机/涡轴发动机性能约束分析模型、任务分析模型及基于直升机飞行性能需求的涡轴发动机设计参数选取模型。针对涡轴发动机部件/系统设计能力及直升机飞行性能需求,首先开展了给定涡轴发动机循环参数下的流量匹配计算,然后开展了涡轴发动机循环参数选取研究。研究表明,所建立的直升机/涡轴发动机性能约束分析模型、任务分析模型可实现给定飞行任务的直升机/涡轴发动机性能耦合设计;在给定涡轴发动机循环参数条件,由于尺寸效应,涡轴发动机部件效率受进口流量的影响,其设计点功率并不随流量等比例变化,从而使得直升机起飞总重呈现非等比例变化;在涡轴发动机循环参数选择时,在满足直升机飞行性能需求下,存在涡轴发动机耗油率与单位功率之间权衡下的循环参数选取,使得直升机起飞总重最小。     

涡轴发动机动力涡轮转子高速动平衡技术研究

针对动力涡轮转子空心、薄壁、大长径比、带弹性支承和挤压油膜阻尼器、内置测扭基准轴的结构特点,提出了一种改进的"多转速、多平面、分步平衡"的方法,设计了一组精密平衡卡箍,建立了一套涡轴发动机动力涡轮转子高速动平衡的平衡步骤和平衡工艺,给出了动力涡轮转子的平衡判定准则,在全转速范围内进行了动力涡轮转子的高速动平衡,最高平衡转速大于20,000r/min。所建立的平衡方法和工艺已应用于某型涡轴发动机动力涡轮转子的高速动平衡,效果良好。      

直升机/涡轴发动机综合系统鲁棒抗扰控制设计

提出了一种直升机/涡轴发动机综合系统鲁棒抗扰控制方法。分别设计了基于线性矩阵不等式(LMI)的鲁棒保性能控制的直升机四通道多变量控制器和涡轴发动机转速控制器;为了进一步提高发动机自由涡轮转速环的抗扰能力,结合自抗扰控制(ADRC)方法,构建了涡轴发动机转速鲁棒保性能控制+扭矩ADRC补偿的控制方案,充分利用了ADRC控制强的干扰补偿能力,避免了鲁棒设计方法的保守性。在UH-60直升机/涡轴发动机综合模型仿真环境下通过模拟直升机大幅急速升降操作,验证了直升机/涡轴发动机综合系统所采用的鲁棒抗扰控制,尤其是涡轴发动机鲁棒自抗扰控制,具有理想的抗扰控制效果,能够抑制直升机机动操作过程中大的扭矩扰动对涡轴发动机造成的不利影响,从而使直升机具有更好的机动能力。     

涡轴发动机技术参数与发展趋势评估

为了给先进涡轴发动机总体性能设计和尺寸与重量计算提供技术参数选择依据,本文收集10台一至四代国外典型的涡轴发动机技术参数,建立总体性能计算和尺寸与重量联合计算的涡轴发动机技术参数评估模型并开发计算程序,利用计算程序对收集的技术参数进行评估,获得涡轴发动机技术参数的水平和发展趋势,并预测下一代先进涡轴发动机的技术参数;以技术参数发展趋势为基础,研究各部件主要的气动、结构、强度、材料参数变化对涡轴发动机性能的影响。获得的涡轴发动机技术参数发展规律及其对发动机性能参数的影响,为先进涡轴发动机总体设计提供了依据。     

涡轴发动机闭环过渡态控制规律设计

为实现对发动机过渡态的精确控制、减弱过渡态过程对发动机寿命的影响,本文建立了适用于自由涡轮涡轴发动机过渡态控制规律设计的功率提取法模型,并在全飞行包线和全寿命周期内,对涡轴发动机闭环加减速控制规律设计方法进行了研究。     

大型铝合金框梁结构航空模锻件淬火残余应力分析

开展了新型7085铝合金材料高温拉伸试验,得到了其基本性能参数与力学模型,运用ABAQUS有限元软件对7085铝合金框梁结构航空模锻件淬火过程进行了数值仿真,研究了淬火工艺参数与方式对残余应力分布规律的影响.研究表明:框梁结构航空模锻件淬火残余应力主要集中于腹板与筋板交汇处,呈现外压内拉的分布特点;淬火温度对残余应力有显著影响,提高淬火温度可有效降低残余应力;固溶温度对淬火残余应力的影响较小,对于大尺寸框梁模锻件,入水方式及转移时间对淬火残余应力的影响甚微.     

工业化生产中大规格2D70铝合金棒材淬透性的实验方法

采用多路温度控制仪监测材料淬火过程不同部位的温度变化的试验方法,通过对材料硬度和力学性能指标的测试分析,描绘出大规格2D70铝合金棒材截面上距离边部不同距离的硬度和力学性能变化曲线,对比分析了该试验条件和工业化生产条件下合金的硬度和力学性能变化曲线,探讨了本试验方法应用到工业化生产中检测材料淬透性的可能性。研究结果表明,淬火过程中2D70铝合金Ф250mm×250mm的棒材边部和心部的温度基本均匀,淬火过程中总的冷却速率为4℃／s,可满足合金充分固溶的要求,工业化生产的250mm棒材已经完全淬透。     

Effect of blank quenching on shear spinning forming precision of 2219 aluminum alloy complex thin-walled components

The quenching-spinning (Q-S) process, i.e., shear spinning after blank quenching, has been increasingly utilized to form 2219 aluminum alloy complex thin-walled components. However, the changes in material property, shape and stress of the blanks after quenching will affect the spinning forming precision. In this study, the rules and mechanisms of these effects are investigated based on a combined finite element (FE) model including blank quenching and component spinning process. The results indicate that the increase of material strength and the existence of distortion of the quenched blank lead to a notable increase in the non-uniformity of the circumferential compressive stress in the spinning area and the increase of the flange swing height during spinning. These changes result in an increase in the wall thickness and component-mandrel gap of the components. The quenching residual stress has little effect on wall thickness and roundness but can noticeably reduce the component-mandrel gap. This is because that the existence of quenching residual stress of the blank can lead to the decrease of the maximum circumferential compressive stress of the workpiece in spinning and an obvious drop in the maximum compressive stress after reaching the stress peak. Quenching distortion is the main factor affecting the roundness. Moreover, the optimized installation way of the blank for spinning is obtained.     

CG03型粉末合金刹车片退火工艺试验

粉末合金刹车片在烧结后有时会意外淬火,造成刹车片钢背脆化而报废.采用一种退火工艺,在保持刹车片其它性能的同时,使刹车片钢背恢复塑性.     

热处理状态对LD10 铝合金化铣表面质量的影响

为了解决运载火箭结构中口盖零件化铣后表面质量较差的问题,对LD10 铝合金板材的化铣加

工进行了试验研究。采取同批次、相同变形量、不同热处理状态(淬火+人工时效、淬火+过时效)的零件在相同

的化铣工艺参数下进行试验,并对零件的化学成分、金相组织进行了分析。理论研究及试验结果表明:LD10 铝

合金的化铣表面质量与加工前热处理状态有关,退火状态及淬火+人工时效状态的零件化铣后表面质量较好,

在不影响力学性能的前提下,可采用过时效处理提高化铣表面质量。

     

FGH96粉末高温合金涡轮盘淬火过程界面换热系数的研究

以试验方法研究了FGH96粉末高温合金涡轮盘在空冷、风冷和油淬等条件下的表面换热行为,进而反算求解得到了界面换热系数,并将其应用到实际盘件热处理过程的数值模拟当中。结果表明,油淬条件下的界面换热系数远大于其他两种冷却方式,其最大值约为空冷换热系数最大值的10倍。现有工艺适合文中涡轮盘的热处理,淬火应力低于材料对应温度的屈服强度。     

带键槽细长轴的热处理

主要叙述带键槽细长轴热处理工艺技术与方法,特别介绍了“盖边销保护淬火”、“涂覆保护涂料”、“倾斜淬火冷却”、“渗碳去碳”等热处理成功实例.     

粉末涡轮盘力学性能的计算机预测

通过对采用直接热等静压工艺制备的粉末高温合金涡轮盘的性能与淬火冷速的关系分析,建立了盘件淬火计算机模拟分析的基本技术,可用于盘件的淬火冷速分析和组织性能预测.与实际比较,力学性能预测结果达到了很高的精度,为盘件材料的研制提供了强有力的工具.     

不同淬熄结构下RQL燃烧室流场特性的数值研究

采用雷诺平均Navier-Stokes(RANS)方法对不同淬熄结构的富油/淬熄/贫油(RQL)燃烧室内定常掺混流动过程进行了数值模拟,分析了不同截面的流场结构,研究了动量通量比及淬熄孔排布方式的影响。结果表明:射流进入RQL燃烧室后发生偏转且偏转方向和旋流方向有关,回流区长度、穿透深度和高湍动能区随着动量通量比的增大而增加;当J≥80时,淬熄射流下游出现高湍动能区,逐渐与上游融为一体;当J≥120时,回流区的长度基本不再发生明显变化。此外,非中心对冲结构C3具有更大的高湍动能区,掺混更均匀。      

航空高强度铝合金残余应力的抑制与消除

从残余应力的产生和释放两个方面 ,讨论了抑制与消除铝合金中残余应力的若干技术与方法。首先 ,从尽量减少残余应力的产生又兼顾获得所需机械性能的角度 ,分析了采用热水淬火、喷雾淬火及有机介质淬火等淬火工艺。其次讨论了消除铝合金中残余应力的若干技术方法的特点、效果与适用场合 ,并指出在铝合金结构件淬火后的不稳定状态进行残余应力消除处理效果最佳