航空发动机旋转盘腔温升特性及抑制方法研究

针对某型发动机分解检查及专项测温试验发现的典型旋转盘腔(卸荷腔)存在的超温现象,使用有限元数值分析,明确了超温现象产生机理,针对性地设计了挡板+短螺栓降温方案,并通过专项测试验证了方案的有效性。为进一步开展卸荷腔降温方法研究,根据转静系旋转盘腔流动及换热特点,提出减小旋转盘腔间隙比的卸荷腔双腔双排方案,数值分析表明该方案较挡板+短螺栓方案有更好的降温效果。通过研究,摸清了卸荷腔超温现象机理,掌握了螺栓搅拌、旋转盘腔涡系构成及气流流动对温升特性的影响,为旋转盘腔流动及换热研究提供了技术储备。     

带有微型涡轮的旋转盘腔局部换热特性

对带有微型涡轮的转-转系涡轮盘腔进行了换热试验。微型涡轮的主要作用是使冷气通过上游涡轮盘的反旋喷嘴推动涡轮盘转动，从而降低气流的总焓，同时改变气流的旋转速度，形成更好的冷却环境。试验采用热膜加热、热电偶测温和遥测仪采集数据的方法进行，上下游转盘同时加热。试验结果表明：随着无量纲质量流量、旋转雷诺数和浮升力的增大，努赛尔特数增大，换热效果增强。这为进一步的数值计算和优化提供了依据。     

旋转盘腔盘罩间隙比的敏感性分析

为保证寿命限制件之一的涡轮盘满足适航性要求,采用单向流固耦合(fluid structure interaction,简称FSI)数值方法,研究转静系旋转盘腔盘罩间隙比的变化对转盘安全性的影响机理.并且,由流阻、换热效果和应力分布三方面构成的工程评价体系对盘罩间隙比的影响进行评价以及敏感性分析.结果表明:盘罩间隙比的变化能够影响旋转盘腔内流动结构的强度,从而改变盘面换热效果和转盘温度分布,导致与温度梯度相关的热应力也发生变化.随着盘罩间隙比的增加,旋转盘腔的流阻损失基本不变,转盘迎风面平均换热效果呈现先增强后减弱的趋势,转盘整体应力水平上升,以及出现在盘心处的最大等效应力值增大.盘罩间隙比的变化能够从材料许用应力和实际使用载荷两方面影响涡轮盘的失效概率,因此,在涡轮盘腔设计阶段,需考虑盘罩间隙比对涡轮盘安全性的影响.      

铁基高温合金涡轮盘的超转超温试验及解剖分析

35Ni-15Cr型铁基高温合金是我国自行研制的发动机涡轮盘材料。它的综合性能良好,组织稳定,可以满足650～700℃以下长期使用的发动机涡轮盘的要求。一种新材料要在发动机中正式使用,必须通过长期试车和试飞考验。然而这类试验极其昂贵而且周期很长。为了考核涡轮盘盘体和榫头部分的强度,先用成品盘进行超转超温试验是适宜的。 用自制的立式试验器进行本试验。六个热电偶装于涡轮盘的不同部位,以测量温度场。用光电测速装置和齿轮测速装置同时测量转速。为了测量轮盘超转试验后直径方向的尺寸变化,试验前在涡轮盘的四个不同位置作标记。     

等温锻造钛合金压气机盘应用的研究

本文介绍了利用ＴＣ１１钛合金在超塑性状态下的低流变应力特性，采用等温锻造方法成形航空发动机压气机盘的应用研究成果。     

涡轮盘榫槽高温复合疲劳试验方案研究

针对某型航空发动机二级涡轮盘榫齿高温复合疲劳裂纹故障，采用全尺寸真实涡轮盘作为试验件，设计了一套新型试验方案，着重解决了高低周疲劳载荷的加载并互不干扰、高频感应局部加温（５５０℃恒温）、高周振动振幅控制以及裂纹检测等几大关键技术，载荷谱与加温均模拟外场真实情况。试验完全实现了故障再现，这说明：该试验方案设计合理，易于推广到其它多种构件的复合疲劳试验，在工程应用研究中具有重要意义。     

粉末冶金涡轮盘有限元应力分析

对某型航空发动机粉末冶金涡轮盘进行了有限元应力分析。首先根据转子系统的连接方式确定了涡轮盘应力计算边界条件,然后对该涡轮盘进行了热弹性、弹性应力和热应力分析。计算结果表明:该粉末冶金涡轮盘在最大稳定工作状态下处于弹性工作范围;超转至122%时除轮心有微小的塑性变形外,轮盘基本处于弹性范围;不均匀温度场对轮盘的应力分布有较大的影响。      

某Ⅰ级涡轮盘低循环疲劳寿命试验研究

为了确定某Ⅰ级涡轮盘的技术寿命,根据该盘的标准循环载荷谱,对该盘进行了应力分析,确定在标准循环时该盘中心孔与径向销孔相交处为考核部位。为模拟标准循环时该盘在其考核部位的应力谱,专门设计了该Ⅰ级涡轮盘的试验转子及试验参数,在轮盘低循环疲劳试验器上,对该Ⅰ级涡轮盘的一个旧盘进行了高温低循环疲劳试验。试验结果表明：该旧盘低循环疲劳试验至第６０４７ 次循环时,有５ 个销孔考核部位出现了裂纹。断口分析表明：该旧盘剩余的试验低循环疲劳失效寿命为６０４７ 周     

WP—6压气机力级盘低循环疲劳寿命试验评估

本介绍了涡喷6压气机九级盘单盘疲劳试验，其结果再现了整台彭稠疲劳试验转子中九级盘疲劳裂纹的起裂位置，裂纹走向及其扩展规律。本还介绍了光滑圆棒伴随试验结果及其与九级盘疲劳试验结果的对比。两种试验结果的对比分析表明：伴随试验法用于实际型号盘的低循环疲劳裂纹起始寿命的试验评估是有效的。其精度完全可以满足工程需要。     

旋转盘腔紊流流动的数值研究

为了比较近壁紊流模型对旋转盘腔内流动特征模拟精度的影响，采用在核心区选用标准k-ε模型、在近壁区选用单方程和Launder-Sharma两方程两种低雷诺数模型的区域紊流模化方法，对具有径向出流的转-静盘腔和具有径向出流的共旋盘腔结构的流动进行了数值计算研究，计算结果表明：在计算的两个算例中，前者采用近壁单方程模型要稍优于两方程模型，后者采用近壁两方程模型要明显优于单方程模型，因此近壁区紊流特性的处理对旋转盘腔内的流场模拟精度具有重要的影响。     

金属膜盘联轴器用关节轴承磨损特性研究

为研究金属膜盘联轴器用关节轴承的磨损特性,对某型关节轴承在金属膜盘联轴器工作环境进行了分析,计算了其在最大载荷条件下的PV值,并分别开展了低速摆动轴向重载磨损试验、高速摆动轴向无载磨损试验和发动机真实工况磨损试验。结果表明:金属膜盘联轴器用关节轴承的工作环境属于高速旋转和高速摆动、轴向重载和径向无载,关节轴承的磨损量与其所承受的轴向载荷与摆动线速度直接相关。     

高位垂直进气转静系盘腔内流场的数值研究

对高位垂直进气的转静系旋转盘腔流场进行了数值模拟研究。研究结果表明:所研究的转静系旋转盘腔流场,转盘和静盘两个表面附近形成各自独立的边界层。r/b>0.4时,旋流系数β值随径向位置的增大呈减小趋势。r/b<0.4时,核心区同一径向位置处β值可视为常数,β值随径向位置的减小而减小。     

铝合金盘件超声相控阵检测工艺研究

探讨了采用Focus32超声相控阵水浸系统检测大厚度LD7铝合金盘件的主要工艺,包括10A16E32环阵列探头聚焦理论的系统分析,应用中聚焦法则的设置原则和采样间距的确定方法等,结果显示超声相控阵技术有利于提高铝合金盘件的检测精度和检测效率。     

旋转盘腔盘缘热流密度的敏感性分析

为保证涡轮盘满足适航规章的安全性要求,采用单向流固耦合数值方法,研究了转静系旋转盘腔以基比切夫数表示的盘缘加热热流密度的变化对冷却效果的影响,并依据旋转盘腔冷却问题的工程评价体系对旋转盘腔的冷却效果进行评价。研究结果表明:基比切夫数的变化对于旋转盘腔的流动结构和流动阻力基本没有影响,对盘面的换热效果影响也较微弱,仅引起转盘迎风面热流密度和温度的改变。同时,温度分布的改变导致了与温度梯度紧密相关的热应力水平发生变化。随着热流密度的增加,转盘整体应力水平上升,并且盘缘附近区域的等效应力提高的幅度大于中心区域。当基比切夫数高于临界值后,最大等效应力值从转盘中心转移到盘缘。基比切夫数的变化能够从部件承受能力和实际使用载荷两方面对涡轮盘的失效概率产生较大影响,因此,在涡轮盘腔的设计阶段,需要考虑基比切夫数对涡轮盘安全性的影响。     

失调叶片盘的振动机理

本文对于失调叶片盘的耦合振动问题 ,采用子结构模态综合法建立系统的振动微分方程 ,利用试验模态分析及模态修正计算求得调谐叶片和外缘带锥壳轮盘的若干低阶模态。通过对叶片模态刚度的微量摄动 ,构造真实的失调叶片盘和各种理论分析失调模型。对某个实际的失调叶片盘的非旋转强迫振动试验验证了系统的力学模型和计算公式。计算结果分析表明 ,失调叶片盘强迫振动响应中个别叶片振动过甚乃为叶片失调所致。对各种失调模型的振动计算表明 ,小频差的随机失调优于其他失调分布形式。并就算例给出了最佳频差幅值和恰当的发动机工作频率范围。     

铝合金盘件起声相控阵检测工艺研究

探讨了采用Focus32超声相控阵水浸系统检测大厚度LD7铝合金盘件的主要工艺,包括10A16E32环阵列探头聚焦理论的系统分析,应用中聚焦法则的设置原则和采样间距的确定方法等,结果显示超声相控阵技术有利于提高铝合金盘件的检测精度和检测效率.     

某机低压1级涡轮盘榫齿振动疲劳试验分析

通过某涡扇发动机低压1级涡轮盘榫齿振动疲劳试验，分析了其榫齿断裂故障的原因。试验结果表明，由于涡轮盘榫齿存在碰伤或加工误差引起盘片配合不良，各齿受力不均，导致榫齿接触应力增大，在振动应力作用下，使叶片短期内疲劳断裂。在采取相应防护措施和控制齿形误差后，此类故障得以排除。     

湍流参数对复杂形状涡轮盘腔流场的数值研究

以罗罗公司未来某型双轴发动机的高压涡轮旋转盘腔为计算模型，目的是要对复杂的内部旋转空腔流场有一个详细的了解，通过CFD(FLUENT6．0．12)的研究为即将进行的放大比例的旋转涡轮盘腔试验提供指导。计算中采用了Spalart-Allmaras湍流模型，结果表明湍流参数相同的流动，其流体结构是非常相似的；流场主要由湍流参数λT决定涡旋的大小和数量；对于湍流参数小于0．199的旋转流动，盘腔内存在着自由涡流。     

失调叶片盘耦合振动的力学模型

借助于子结构模态综合法,为研究真实的失调叶片盘耦合振动问题提出了一种非常接近于实际叶片盘的力学模型和简便的理论分析方法;并通过对一个实际失调叶片盘的强迫振动试验,对力学模型、计算公式和程序进行了考核验证。结果表明,试验与计算相当吻合。     

用于LDA系统校准的独特旋转盘

分析了激光多普勒测速系统校准的必要性,提出了用单一粒子已知的确定速度标准的新思路。据此专门设计了一种独特的用于ＬＤＡ系统校准的旋转盘。通过试验验证了校准盘系统的转速稳定性并证明了线速精度伯均达到或优于设计参数的要求;所以,校准盘的线速度可作为参考速度与ＬＤＡ系统或其它光学风速计的测量速度进行比较,并对上述仪器进行评估。