航空发动机柔性部件结构的热力耦合优化设计技术

<正>先进结构优化设计的发展为发动机复杂结构系统的设计开辟了新的有效途径,满足复杂系统的多准则设计需求与综合性能指标要求,并达到缩短设计周期,降低研制成本特别是试验成本的目的。航空发动机具有其独特的设计特点,是一种集气动、传热、结构、强度、材料等多学科于一体,在有限狭小设计空间内承受高温、高压、高速等苛刻工作载荷条件的复杂精密机械系统,对结构重量、材料、强度、气动性能、可靠性和寿命等均具有极高的要求。纵观国内外航空发动机发展历程与现状,高性能航空发动机的     

压气机叶片疲劳可靠度及寿命的预测方法

提出在缺乏零件工作载荷谱时, 进行该零件疲劳可靠性设计计算的方法。用使用过一段时间后的零件进行疲劳试验, 根据这些试验数据统计出剩余疲劳损伤强度, 利用它确定该零件在工作寿命期间的总疲劳损伤量。然后用疲劳累积损伤可靠性模型进行零件疲劳可靠性设计计算。并以航空发动机压气机工作叶片为例, 说明如何使用剩余疲劳损伤强度预测叶片的可靠度或寿命。      

军用航空发动机的可靠性和寿命

本文根据最新发表的英国军用航空发动机通用规范的有关内容,讨论对发动机及其零件的可靠性要求。并从可靠性要求出发,介绍确定发动机及其零件使用寿命的工程方法。内容涉及研制阶段的寿命设计要求,寿命设计和试验验证,发动机交付后的使用定寿和各类零件使用寿命确定的原则和方法。该方法用控制发动机翻修寿命和关键零件的允许使用寿命,来保证发动机的安全使用。由于对关键零件的可靠性要求特别高,而使其允许使用寿命的确定方法有别于其他零件,这也是本文的重点所在。     

SARI的发动机结构可靠性研究工作的一些回顾

从发动机研制和使用中的一些重大结构故障可以看出,结构可靠性是发动机研制中的头等重要工作之一。本文叙述了沈阳航空发动机研究所(SARI)对设计,研制和使用中的发动机做过的一些改进结构可靠性的工作,重点介绍了应力分析、光弹性试验、构件强度与疲劳试验以及在发动机试车中的应力实测,强调了必须在设计初期就综合考虑设计,制造和维修要求,采用计算机辅助设计、优化设计、损伤容限分析和可靠度分析等先进设计方法,才能最有效地提高结构可靠性。     

吸取国外经验教训加强航空发动机结构强度研究

本文借鉴国外航空发动机研制发展中的经验教训,结合我国现状,分析了发动机结构强度工作在发动机研究发展中的重要地位与作用。对我国在新世纪中发动机研究发展,提出了应首先转变发动机研制观念,强调性能与可靠性耐久性等特性并重,要加强发动机结构强度研究和加强结构强度研究队伍,并对结构强度研究的重点项目提出了一些具体建议。     

陶瓷刀具在发动机鼓筒零件加工中的应用

我国自主研制的新型飞机发动机中,鼓筒是发动机高速旋转的关键零件,其结构、形状较为复杂,精度要求高.零件的工作环境非常恶劣,选用材料均为镍基高温合金GH4169,在切削加工时,切削负荷重、切削温度高、加工硬化现象严重、切削加工性能低,因此加工效率较低,严重影响零件的周转与交付进度.     

航空发动机强度设计系统建设与应用

结构强度设计是航空发动机设计、研制过程的重要组成部分。为了建立适用于航空发动机强度设计的体系平台,提升设计能力,依据航空发动机设计体系建设要求,结合航空发动机强度设计专业工作实际,提出“流程驱动、要素集成”的平台建设思想,并以流程模板的形式驱动工作任务的实施,实现强度设计系统的工程化应用。在系统建设过程中有效运用系统工程以及精细化工程等先进的方法,围绕“适用、好用、真用”的指导思想开展强度设计系统的建设与优化,搭建适合于强度设计专业的设计系统,重点解决工作流程、设计资源、工作任务、数据管理与型号及预研等实际工作相结合的问题,并将此系统应用于型号研制的强度设计工作中。     

考虑部件约束的涡扇发动机循环参数分析方法研究

在涡扇发动机初步设计阶段,为了研究部件气动、结构、强度参数对于发动机循环参数求解域的约束,在发动机总体性能稳态计算模型以及尺寸流路计算模型的基础上,利用部件初步设计时采用的Smith图,基于牛顿迭代法构建了一种总体/部件耦合计算方法。在部件主要设计参数的约束边界基础上,采用该方法,能够获取同时满足总体和部件设计要求的循环参数求解域,并进一步获得部件的主要设计参数。使用该方法对第四代双轴混排涡扇发动机EJ200开展了算例验证,获取了部件约束条件下的发动机循环参数求解域,与公布的EJ200数据对比表明,主要部件设计参数误差<4%,表明该方法可以满足工程应用要求。     

航空发动机用复合材料支架成型工艺探索

针对航空发动机的特殊使用要求,通过树脂体系选择、增强体编织设计与制造、模具设计与制造、零件试验件的制造及性能试验等工作,对航空发动机用复合材料支架的制造工艺进行探索,为进一步推广复合材料在我国航空发动机上的应用进行技术储备.     

浅谈航空发动机小零件的选材问题

根据航空发动机小零件的工作特点,说明了合理选择航空发动机小零件材料的重要性,提出了在航空发动机小零件设计选材中必须遵循的原则以及选材过程中应注意的问题。     

涡轮发动机用陶瓷基复合材料涡轮转子研究进展

高性能飞行器对涡轮发动机性能需求不断提升,对涡轮转子的耐温性和轻质化提出了苛刻要求。而目前高温合金涡轮转子性能逼近材料极限,难以满足未来涡轮发动机大幅减重提温的需求,先进陶瓷基复合材料（CMCs）涡轮转子成为必然趋势。介绍了涡轮转子用CMCs复合材料的设计、制备、加工、检测,以及各国在CMCs涡轮转子研制方面的进展,研究表明CMCs涡轮转子在液体火箭发动机、先进航空发动机领域具有巨大优势和应用潜力。当前连续纤维增强CMCs复合材料涡轮转子的耐温性能、抗热冲击性能已初步得到验证,而材料强度和韧性不足是制约CMCs在航空发动机涡轮转子上应用的主要因素,发展高强度、高韧性涡轮转子用CMCs材料成为当前研究热点和未来必然趋势。     

涡轮发动机用陶瓷基复合材料涡轮转子研究进展（两机专刊）

高性能飞行器对涡轮发动机性能需求不断提升,对涡轮转子的耐温性和轻质化提出了苛刻要求。而目前高温合金涡轮转子性能逼近材料极限,难以满足未来涡轮发动机大幅减重提温的需求,先进陶瓷基复合材料（CMCs）涡轮转子成为必然趋势。本文介绍了涡轮转子用CMCs复合材料的设计、制备、加工、检测,以及各国在CMCs涡轮转子研制方面的进展,研究表明CMCs涡轮转子在液体火箭发动机、先进航空发动机领域具有巨大优势和应用潜力。当前连续纤维增强CMCs复合材料涡轮转子的耐温性能、抗冲击性能已初步得到验证,而材料强度和韧性不足是制约CMCs在航空发动机涡轮转子上应用的主要因素,发展高强度、高韧性涡轮转子用CMCs材料成为当前研究热点和未来必然趋势。     

液氢液氧发动机用丝网多孔发汗冷却面板材料

丝网多孔发汗冷却材料是以金属丝网为原料,经高精度的轧制和真空烧结制成的多孔合金板材。材料有良好的渗透性能和渗透均匀性、较好的抗氧化性能。研制的材料工艺保证了材料具有较高的机械性能。同时,还研制出层间结合强度(即横向拉伸强度)的测试方法。 该材料在液氢液氧火箭发动机上通过了长程试车考验,材料的主要性能指标达到和超过国外同类材料的水平。我国发射通讯卫星的运载火箭中的氢氧发动机使用了丝网多孔发汗冷却面板,取得很好的使用效果。     

涡轴(涡桨)/涡扇(涡喷)发动机通用核心机技术

通用核心机技术不仅可增加所发展发动机的通用零件数,缩短研制周期,还可使所发展的各类发动机性能均较先进.不同流量的通用核心机可相应发展不同功率/推力范围的各类发动机,通用核心机的设计需考虑强度与气动性能的折衷,其部件应有宽广的高效与稳定工作范围,且通用前提下也允许核心机后续发展时有小的变动.文中最后讨论了某中小型通用核心机方案设计中涡轮级数和压气机形式的选择问题.      

固体火箭发动机玻璃钢壳体设计及试验结果分析

本文针对纤维缠绕玻璃钢材料和成型工艺特点,从材料基本性能数据出发,确定固体火箭发动机玻璃钢壳体设计的工程计算方法,比较简明的计算代替复合材料壳体复杂的理论计算;同时,结合产品使用中的有关试验结果,分析了所设计的玻璃钢壳体发动机的强度可靠性问题。     

减少铝合金半环零件变形工艺研究

铝合金材料因其密度低、耐腐蚀性能好、抗疲劳性能优异、质量轻等优点在航空发动机中得到广泛的应用。但由于航空发动机零部件公差要求较严格,而铝合金零件在机械加工完成后,由于残余应力的释放使零件变形较大,无法满足使用要求,从而导致该类零件废品率居高不下,造成了严重的经济损失和资源浪费。本文通过试验对比的方法找出造成残余应力产生的主要原因,并通过相应的工艺改进减小了零件的变形,从而满足了零件的使用要求,取得了很好的经济效益。     

二十一世纪的航空技术(9)——材料与结构(上)

在气动力、推进控制或结构等诸基础学科中制造飞机所用的材料与结构是首要基础航空技术,而机体与发动机结构的研究是决定飞机在经济上获得成功的关键因素,是决定飞机采购费用与使用,以及飞机性能的主要因素。 复合材料因其较高的比强度与比刚度、优异的耐疲劳与抗腐蚀性,以及通过减少零件与工装费用降低生产成本的潜力而显示出优越性。 结构综合、分析与试验能力的扩大,以及设计方案选择范围的加宽,正在使机体与发动机材料的选择,与结构方案、零件设计和制造方法的选择真正交织在一起。     

TB3-117型发动机Ⅲ、Ⅳ级涡轮导向器的焊接修复

对TB3-117型发动机Ⅲ、Ⅳ级涡轮导向器在使用过程中出现的密集裂纹故障进行了焊接修复研究。重点研究微观组织状态对材料焊接性能的影响,以此为基础,解决材料的脆化问题,完成了Ⅲ、Ⅳ级涡轮导向器零件的密集裂纹修复工作。焊接修复的零件均已装机使用,使用一个翻修周期之后,故障率和故障情况与新零件的状况一致。     

先进复合材料在战略导弹固体发动机上的应用现状与展望

本文概述了美国30多年来研制11种战略固体导弹、29个发动机使用材料的演变过程,概括出狠抓凯夫拉—49和高性能碳纤维复合材料的研制和应用、不断提高发动机能、增加射程和运载能力的四条经验。并针对80预研的全复合材料发动机、整体级发动机和抗SDI技术发动机对材料更加苛刻的要求,提出开发此类新材料应有的性能和技术途径。     

快速攻丝法

我厂研制并经长期成批生产的某发动机,其曲轴后部是发动机的关键零件之一,该零件的盲孔螺纹M18×1.5毫米的要求见图1所示: 此零件材料为45Mn,是一种弹簧钢,最后热处理为淬火和回火,其强度高,淬透性较大,脱碳倾向性小,但有过热敏感性,易出现淬火裂纹,并有回火脆性,硬度HB=250～302。我厂自生产该发动机以来,加工曲轴后部的盲孔螺纹一直采用钳工——手工攻丝的方