一种整体叶盘的加工方法--线性摩擦焊

论述了在一些现代发动机风扇、压气机中采用的整体叶盘结构的特点、使用情况与加工方法,着重介绍了一种整体叶盘最新的加工方法──线性摩擦焊。分析了这种方法的加工原理、特点与成用前景。通常,航空燃气涡轮发动机的压气机及风扇工作叶片（即转子叶片）均用其叶身下的排头（多为燕尾型）装于轮盘轮缘的样槽中,再用锁紧装置将叶片锁定于轮盘中。80年代中期,在航空发动机结构设计方面,出现了一种称之为“整体叶盘”或简称“叶盘”（Blisk）的结构。它是将工作叶片和轮盘作成一体,省去了连接用的样头、样槽,使零件数目大大减少、结构…     

开式整体叶盘通道高效粗加工方法研究

整体叶盘是现代航空发动机的重要组成部分,对提高发动机性能具有十分积极的作用.美国综合高性能涡轮发动机技术(IHPTET)计划与经济可承受多用途先进涡轮发动机(VAATE)计划均将整体叶盘列为重点突破技术[1].国内整体叶盘技术与欧美发达国家相比差距较大. 与传统叶片和轮毂装配结构相比,整体叶盘省去了连接用的榫头、榫槽及相应的连接件,减轻了重量,提高了推重比,使发动机的工作寿命与安全可靠性得到提升.整体叶盘分为开式与闭式两种结构.     

航空发动机整体叶盘加工技术

整体叶盘技术是新一代航空发动机实现结构创新与技术跨越的核心技术之一.与传统结构相比,整体叶盘将叶片和轮盘设计为一体,具有减重、减级、增效和提高可靠性等优点,美英等航空强国在20世纪80年代中期的新型发动机上开始应用整体叶盘技术,我国整体叶盘技术起步于20世纪90年代中期.     

简化结构和减轻重量的一项新技术──整体叶盘结构

DevelopmentofFanandCompressorBlisk整体叶盘结构是将叶片和盘通过先进的工艺作成一体,省去常规叶盘连接的榫头和样槽,使结构大大简化。它与常规叶盘连接相比有以下优点：不需要叶片样头和样槽连接的自重和支撑这些重量的结构,因此大大减轻了风扇转子和压气机转子的重量;没有榫槽泄漏通道,确保叶根处的流路不中断,并减少级间的风阻损失,使性能提高;．无样槽泄漏,使压气机转子温度较低,从而提高了转子的寿命;．省去了安装边和螺检、螺母和锁片等连接件,大大减少了零部件,同时也避免了样槽损伤和断裂等潜在故障,大大提高了可…     

某型航空发动机涡轮叶片和轮盘榫齿裂纹故障力学分析

针对某型航空发动机发生的涡轮转子叶片和轮盘榫齿裂纹故障,应用大型结构分析程序Ansys对该叶片和轮盘进行了接触应力、振动特性及低循环疲劳寿命的计算分析,并针对各种可能的公差组合对榫头和榫齿喉部应力的影响进行了分析;根据计算结果找出并分析了故障发生的原因。     

涡轮叶片-榫头-轮盘的蠕变与低循环疲劳寿命预测

为获得小型涡扇发动机的涡轮转子结构的预期寿命,通过对涡轮叶片-榫头-轮盘结构进行一体化建模,利用经典寿命预测方法对其蠕变持久寿命与低循环寿命进行了预测。首先,分析了各部位温度分布和应力-应变分布,确定寿命关键点,利用Larson-Miller方程计算叶片的蠕变持久寿命,然后采用Manson Coffin方程计算整个结构的低循环疲劳寿命。计算结果表明,由于载荷剖面下的工作温度较低,叶片的蠕变损伤极小,而由于榫头/榫槽部位存在应力集中,其低循环疲劳预期寿命仅有102次循环。     

罗罗公司研制出线性摩擦焊宽弦风扇整体叶盘

与通常发动机的压气机轮盘和叶片的机械连接方式不同,新型整体叶盘结构的轮盘和叶片是一个整体,它可以大大提高发动机的性能,至少可使发动机重量降低３０％。此外,整体叶盘还可取消轮盘和叶片上的一些附件,减轻轴承和转动件支撑结构的重量。整体叶盘并不是全新结构,它在直升机的发动机上应用已有十几年时间。但在大型军用发动机上应用才刚刚开始。直到最近才有可能用五坐标数控铣床或电解加工机床由实体毛坯加工出大尺寸整体叶盘。这种加工是很昂贵的,并且加工量大,加工周期长。由Ｒ＆Ｒ和ＭＴＵ公司联合开发的线性摩擦焊接技术是目…     

微动磨损引起的压气机叶片榫头断裂故障研究

某型发动机四级压气机叶片榫头断裂导致喘振而引发空中停车.针对榫头的断裂故障机理重点进行了以下方面的研究:断口、痕迹学分析,四级压气机叶片振动模态分析,榫头和榫槽等关键部位的应力分析,在发动机离心载荷工作条件下考虑榫头-榫槽接触表面微动磨损产生磨损和疲劳裂纹的可能性,同时预测榫头出现磨损和疲劳裂纹的危险点位置.研究表明,本次断裂故障为由于叶片榫头与榫槽的非正常接触而产生的微动磨损导致的疲劳断裂,属于个性的小概率事件.     

基于改进雅克比–旋量模型的航空发动机转子–叶片结构装配精度分析

转子–叶片是航空发动机的核心部件,具有装配结构复杂、装配难度大等特点,在高温高压条件下,转子–叶片装配误差被催化放大,容易导致疲劳裂纹等故障,严重影响整机安全性和可靠性。针对转子–叶片结构,传统的装配偏差分析方法常采用多特征并联结构中的一条支链作为单一主链来建立偏差传递模型,难以综合考虑转子–叶片复杂定位结构和局部并联关系。本文提出了基于改进的雅可比–旋量（Jacobian–Torsor,J–T）模型的转子–叶片装配偏差分析方法。首先分析了转子–叶片多级回转结构、止口定位结构和榫头榫槽结构,建立了考虑转子–叶片多特征局部并联关系的整机装配尺寸链;然后采用不完全定位策略将转子–叶片装配结合面表达为基于点接触形式的偏差旋量,建立了基于定位点系统的转子–叶片联合定位基准方案;最后提出转子–叶片装配精度指标及基于改进的雅克比–旋量模型的求解方法。以某航空发动机转子–叶片的径向、轴向和周向装配偏差分析为例,将传统雅克比–旋量模型、基于蒙特卡洛法的仿真模型、改进雅克比–旋量模型及实测结果进行了对比分析。结果表明,本文方法相较其他方法预测精度更高,与实测结果误差率不超过9%,提出了榫头榫槽更合理的装...     

钛合金榫结构微动疲劳防护技术研究综述

综述了航空发动机叶片–轮盘榫型连接部位的微动疲劳损伤形式及试验方法,总结了提高钛合金抗微动疲劳性能的表面改性技术,介绍了不同强化手段的处理方式、作用机理以及在提升发动机榫结构微动疲劳性能方面的应用,同时指出了目前该领域内存在的问题,以期为钛合金叶片榫头抗微动疲劳设计提供借鉴。     

轮盘-叶片组件的统一应力分析

本文用含接触面的循环对称计算模型进行轮盘-叶片组件的统一有限无应力分析。此法考虑了榫头与榫槽间的三维接触传力,利用循环对称性,不人为假定轮盘切开处的边界条件,可同时得到轮盘及叶片中的应力分布。还用另外五种简化计算模型来分析同一计算对象。将所得结果同含接触面的循环对称模型的计算结果作比较,评价了简化模型的适用性。     

发动机大型转动部件采用玻璃钢制造 玻璃钢送风转子的研制

某直升机发动机,前端有一个冷却用大型送风转子(见图1.)。其材料系MB-2镁合金锻件,周围均布24个叶片,采用燕尾型榫头,热压斜装在轮盘上。该送风转子在飞行中,曾经多次发生叶片飞出的严重事故。     

涡轮盘/榫整体结构优化设计方法

考虑到榫联接和轮盘子午面在结构设计时的相互影响,针对典型的枞树型榫联接,提出了通用的榫联结构/轮盘子午面分步优化设计、总体协调的涡轮盘/榫整体结构优化设计方法.基于ANSYS优化平台及参数化建模技术,筛选了优化设计变量,以涡轮盘/榫整体结构总质量最小为优化目标,以涡轮盘/榫联结构关键应力为约束,建立了涡轮盘/榫整体结构优化设计的数学模型.通过对某型发动机涡轮盘和榫联结构设计方案进行结构优化设计,在满足所有几何约束及强度要求的条件下,二齿及三齿盘/榫结构优化后总质量都有明显降低,说明涡轮盘/榫整体结构优化设计方法的合理性;且二齿盘/榫结构的总质量较三齿盘/榫结构明显减小,榫槽底部最大第一主应力也明显降低.任意榫齿数可选的通用涡轮盘/榫整体结构优化设计方法及平台可适用于不同涡轮的结构设计,具有较强的工程实用性.      

配合间隙对涡轮叶片榫头/榫槽接触的影响

采用率相关晶体塑性滑移理论模型,考虑镍基单晶的晶体取向和涡轮盘/片配合间隙的影响,针对涡轮叶片榫头/榫槽的复杂接触状况,研究了温度梯度载荷和离心载荷作用下三种取向的接触应力和低周疲劳损伤。结果表明:当榫头/榫槽的配合间隙小于3.7μm时,榫头/榫槽的接触应力随间隙值突变比较明显;而间隙值大于5.4μm时影响较小。接触应力和低周疲劳寿命对第一齿间隙值比较敏感,随间隙值的波动变化范围较大;第二齿的间隙对接触应力影响也较大,但对疲劳寿命的影响只在较小间隙值下较为明显。晶体取向对榫头/榫槽接触低周疲劳寿命有比较显著的影响,表现出明显的疲劳性能各向异性。     

改进压气机盘的拉刀设计

我厂研制的发动机,其压气机转子共有十级轮盘,轮盘榫槽为燕尾形式,有三种共458个榫槽,其中1～2级有56个,3～9级有341个,10级有61个,技术要求见图1。     

涡轮榫头/榫槽的结构优化设计

建立了一个涡轮榫头/榫槽的一体化结构设计优化系统.在此优化系统中,采用榫头/榫槽间隙配合的参数化建模方法.利用ANSYS对结构进行非线性接触分析,基于二次开发实现了目标函数以及其他相关结果的自动提取.采用多岛遗传及二次序列规划算法对优化空间进行寻优,在满足几何约束和强度约束的条件下,优化降低了最大拉应力值和当量应力值.实例分析结果表明,一体化优化设计使涡轮叶片、叶盘性能得到明显的提高,所建系统稳定、高效,具有应用于工程实践的可行性和可靠性.      

带CFRP箍环整体叶盘强度和寿命分析及试验

1引言随着叶轮机叶尖切线速度的日益提高,传统转子材料和结构的使用已经达到了极限。带碳纤维增强复合材料(CFRP)箍环整体叶盘(blisk)结构是上世纪90年代国外在风扇转子设计中采用的一种新型结构形式[1,2],其特点是在整体叶盘叶尖位置有金属外环,在外环上带有CFRP箍环,叶片的部     

某压气机轮盘低循环疲劳寿命研究

本文以某发动机压气机轮盘榫槽低循环疲劳(LCF)为研究对象.针对其疲劳载荷非对称、危险部位数目较多等特点,对其进行寿命预测和试验研究.轮盘低循环疲劳寿命预测采用工程中常用的通用斜率以及Manson-Coffin公式进行,并考虑平均应力修正方法、危险部位数目对轮盘低循环疲劳寿命的影响以及多轴疲劳寿命预测方法.通过轮盘低循环疲劳试验,再现了在役发动机轮盘榫槽槽底裂纹,验证了轮盘低循环疲劳寿命预测模型和方法的有效性.     

发动机榫头/榫槽接触问题的可靠性形状优化设计

在结构可靠性形状优化的基础上，推导了接触问题随机有限元的灵敏度解析分析表达式，给出了优化分析的基本步骤，并对某发动机燕尾型榫头／榫槽接触结构，选取榫头齿颈宽和齿面倾斜角为设计变量，以榫头最大拉伸应力、齿面挤压应力及可靠度指标为约束条件，对榫头边界上节点的最大当量应力进行了优化分析。结果表明，优化后榫头和榫槽接触面上的接触压力、当量应力及可靠度指标的分布更加均匀，验证了优化分析模型的合理性及所提出的可靠性形状优化设计方法的有效性，为榫头／榫槽的结构设计提供有价值的参考。     

辐板厚度变化对整体叶盘结构力学性能的影响

以发动机第四级等厚辐板整体叶盘结构为例,采用有限单元法,探讨辐板厚度变化对整体叶盘结构强度、振动及由反向温度场引起的轮盘稳定性的影响。结果表明,调整辐板厚度,可在不同程度上改变整体叶盘结构的振动特性、强度应力水平及轮盘稳定性。随着辐板厚度的增加,盘片耦合振动频率呈增加趋势,但叶片振动频率几乎不变,盘体静强度呈抛物线趋势,盘体稳定性增加。