某型超音速冲击式氧涡轮叶型气动优化

使用NUMECA软件对某型超音速两级冲击式涡轮进行了全三维定常湍流流场计算,分析了计算结果。以此为基础,通过修改叶型得到性能较高的涡轮叶型设计,并对比了优化前后涡轮内部流场。以三维计算结果为基础,分析涡轮内部流动损失,在保证氧涡轮原有机械结构不做大的改变、输入条件不变的情况下,对涡轮叶型进行优化研究。以叶型参数为变量,以总静效率(在总总效率的基础上考虑余速损失而得)为目标函数,通过反复修改各个叶型参数,然后对每次修改过的叶片进行三维计算,通过比较涡轮总静效率大小判断叶型优劣。通过优化,获得了效率更高、做功能力更强的涡轮叶型。研究成果对工程研制有一定的指导意义,总结的涡轮气动设计及优化方法,对涡轮的设计具有借鉴作用。     

涡轮叶型冷热态转换在液体火箭发动机中的应用

闭式循环液体火箭发动机涡轮叶片载荷大,温度分布复杂,叶片变形对气动参数影响显著。在以往的液体火箭发动机涡轮设计中,一般将设计出的叶片直接进行加工,而不考虑工作变形的影响。提出了一种叶片冷热态转换的方法,并以某发动机主涡轮为研究对象,首先通过气热固耦合仿真对比叶片变形对气动性能的影响,变形后的涡轮效率、流量、轴向力等参数均发生了显著变化,然后通过修正迭代对该叶片进行变形补偿,将热态工作叶片转化为冷态加工叶片。结果表明,该方法可以使叶型的气动参数得到精确控制,可开展工程应用。     

小型部分进气亚声速涡轮流动损失研究及优化

为拓展某小型部分进气亚声速涡轮的应用能力,要求进一步提高其气动性能。使用Numeca商用计算流体力学软件建立了原型部分进气涡轮流道的全环域网格,进行了流场的粘性数值仿真,通过与相同叶型全周进气式涡轮的流场对比分析,揭示了部分进气式涡轮的流动机理和流动损失分布规律。在流场结构研究的基础上,对原型涡轮的动叶进行了改型优化,将动叶叶型由原来的纯冲击式叶型改为略带反力度的叶型,流场仿真结果表明涡轮效率提高了5个百分点。通过对改型前后2种部分进气式涡轮气动参数分布情况的对比分析,表明略带反力度的动叶叶型能有效减小部分进气式涡轮非进气扇区动叶通道内的回流损失,对提高涡轮性能有利,可为同类涡轮的气动设计提供参考。     

带冠弯扭涡轮叶盘电火花加工电极的设计与制造

成型电极设计与制造是带冠整体涡轮叶盘电火花加工的关键技术之一。以自主开发的整体涡轮叶盘电火花加工专用CAD/CAM系统TBCam和UGIINX作为辅助工具,详细介绍了某型号涡轮发动机带冠弯扭涡轮叶盘电火花加工电极的设计过程和制造工艺。其中,电极设计包括弯扭叶片的三维实体造型、弯扭叶盘的整体造型、电极型面的设计和电极零件的后处理等;制造工艺部分详述了电极线切割加工和数控铣削加工的完整工艺过程。     

钛合金整体叶轮的高效加工

分析了钛合金整体叶轮的加工难点及多轴数控铣工艺要点,介绍了粗开槽阶段的刀位规划。比较了三种粗开槽方式的优缺点,并提出了沿流道方向逐层由上而下进行开槽的方法。通过选择合理的钛合金切削刀具的刀具角度和切削参数,从而提高了钛合金整体叶轮的加工质量和加工效率。     

局部进气冲击式压力级涡轮设计优化研究

依据液体火箭发动机涡轮泵原理,建立了两级局部进气冲击式压力级涡轮的设计方法。该方法可以根据涡轮进出口边界条件、转速和结构尺寸等参数,完成涡轮的一维设计,并输出叶型的几何数据和流动性能参数,再结合三维数值模拟进行验证。按照涡轮总体设计要求,完成了某小流量高压比涡轮的原始设计,根据三维数值模拟的结果,对原始设计的涡轮叶型进行了优化,涡轮效率提高了2%。在全周结构上进行了三维数值模拟验证,优化后的两级局部进气冲击式压力级涡轮满足涡轮总体设计要求。     

火箭发动机两级反转小涡轮的设计与试验

本文叙述了反转式小涡轮泵系统的气动设计和台架试验评估。这种涡轮所代表的技术应用于一台先进的上面级火箭发动机涡轮泵中、这台发动机采用氢氧膨胀循环并通过高效燃烧、高燃烧压力、高喷管膨胀面积比获得高性能指标、发动机性能指标要求涡轮泵的驱动涡轮能在低燃气流率条件下获得高效率。小流率导致叶型的直径、高度及弦长都很小,因此高效和小尺寸的要求对涡轮设计提出了一个具有挑战性的问题。本文叙述用一种非常规的方法来迎接这一挑战,并详细叙述了设计程序以及由此产生的叶型构型、本文对分析一级或二级结构形式以及无二级静叶结构形式的全尺寸气动性能计算方法和结果作了介绍,这项成果的全部结果表明;先进的气动设计工具和硬件生产技术为制造先进火箭发动机的小型高性能涡轮提供了可靠的基础。     

涡轮转子喷嘴叶栅环带冠叶片电火花加工

大推力火箭发动机转子组件等零件采用整体带冠叶片结构,采用多轴连动数控电火花加工工艺是合理的工艺方法。必须解决小通道涡轮转子叶片形状复杂、通道窄小、两级叶片距离近,大栅距喷嘴叶栅环叶片形状复杂、占据大弧长等一系列技术难点。介绍了为解决这些技术难点所采取的一系列技术措施,并提出了在线测量的方法,成功地解决了转子组件、喷嘴叶栅环等零件带冠叶片加工问题。     

六轴联动电火花加工电极的动态规划

本文提出了一种加工复杂构型的整体涡轮通道的创新思路，首先依据求解最优控制理论的现代变分法建立了电极成形运动的变分模型，根据动态规划原理提出了这一类变分问题的数值解法，并运用实例验证了所提出的这一创新思想的可行性及有效性。     

激光切割加工叶型孔工艺研究

以激光切割技术加工航天涡扇发动机内外壳体叶型孔为背景,通过对补偿方式、拐角烧伤、锥度控制以及切口质量等工艺问题设计实验,得到较优的工艺方法及工艺参数,利用此工艺实现了叶型孔尺寸精度和切口质量的双重控制,且叶型孔的加工成功率高,在后续与叶型钎焊工序中焊接质量好。     

电解加工整体涡轮质量概述

涡轮转子是由56个叶片组成的整体叶轮。直径φ84mm,材料GH169高温台金钢,外形如图1。由于转子是气动高速转子,设计技术条件对转子的表面光洁度、叶型尺寸、叶片中心通过叶轮中心的偏移量、叶片通道的均布性都提出较高的精度要求如下(图2)。     

基于均匀设计的钛合金化铣工艺研究与应用

化学铣切是一种能使表面形状复杂、加工精度要求高的零件达到加工要求的表面处理方法.简要介绍了钛合金化学铣切的工艺方法,阐述了化学铣切的反应机理,并在均匀设计试验的基础上讨论了化学铣切温度和溶液配方对钛合金产品化学铣切质量的影响.通过实验数据回归分析确定了最优的化学铣切工艺方案,分析表明验证结果与理论是相符的,可应用于实际生产.     

低压涡轮转子的加工与装配

介绍了某型号发动机低压涡轮转子的结构特点和加工与装配技术要求,分析了低压涡轮转子的加工与装配工艺技术难点及采取的质量控制措施,通过工艺攻关,解决了的低压涡轮转子加工与装配过程中的难点。     

基于UG的复杂曲面叶轮三维造型及五轴数控加工技术研究

以典型的CAD/CAM软件UG及深窄槽道、大扭角、变根圆角的微型涡轮发动机压气机转子应用实例为背景,设计出基于UG的一套完整、系统的整体叶轮数控加工方案,包括整体叶轮的三维建模、数控加工工艺流程规划,数控加工编程等。并在MIKRONHSM400U五坐标数控机床上进行实验验证,证明该整体叶轮数控加工方案及程序的可行性。该加工件已经用于微型发动机中进行试车实验。     

钛合金在数控车床上的切削加工

通过分析钛合金的性能特点和数控加工中存在的加工难点，就加工α＋β型钛合金总结出一套加工方法，给出了切削参数，解决了钛合金在切削过程中存在的切削效率低下，刀具耐磨性差，切屑排屑困难等加工难题。     

钛合金TA7及TC4的切削加工

从钛合金切削加工中遇到的问题及现状入手，通过理论上的分析，结合生产实践及大量切削试验，对钛合金切削加工中固有的困难、切削机理、切削方法、刀具选择、冷却液的选用、切削参数的确定等进行了一系列的探索，并从经济性方面进行了必要的分析，力求使读者对钛合金切削加工有一个较全面的认识和了解。只要合理选择刀具及几何参数、切削用量，钛合金会象普通碳钢一样容易加工。     

钛合金薄壁零件的切削加工

论述铁合金材料的切削加工特点。介绍钛合金材料在切削加工时的切削用量、刀具材料及几何参数的合理选择。提出了钛合金薄壁零件新的加工工艺方法．     

强冷磨削—钛合金磨削新技术

针对常规磨削钛合金砂轮磨损严重,加工质量不易保证的现象,采用了强冷磨削磨削钛合金.通过合理选择磨削冷却液,改变磨屑、工件与砂轮的磨擦状况,降低切削温度,减小工件的热变形.提高加工精度和减小已加工表面粗糙度.试验结果证明,强冷磨削是实现钛合金磨削加工的有效方法.     

圆盘类钛合金零件的精密加工

文章介绍了以钛合金为材料的某型号圆盘类结构件的结构和加工特点、主要表面加工措施 等,通过采用合理的装夹方法和加工方法,选择合理的切削工艺参数和刀具参数,安排合适的热处理,解决 了高精度薄壁圆盘类结构件的加工难题,为圆盘类钛合金结构件的加工积累了经验。     

TC4钛合金去应力退火后的氧化分析及处理措施

某型号钛合金涡轮泵在焊后去应力退火中,由于炉内真空度未达到工作压强标准,导致在真空退火后零件表面产生氧化现象。对涡轮泵的氧化程度进行了分析,并提出了解决措施。经线扫描分析表明,TC4钛合金材料在真空度较差的去应力退火中,氧化现象发生在材料表层10μm深度左右,氧化层可通过酸洗工艺去除,且酸洗对零件外形尺寸无影响。即使在满足工作标准的真空下进行去应力退火,也会有少量非金属元素扩散到材料内部,但对其力学性能无严重影响。