涡轮盘热力耦合及中心孔疲劳裂纹扩展研究

基于有限元软件ABAQUS/Franc3D,对某型航空发动机涡轮盘在热-机械载荷作用下的疲劳裂纹扩展规律进行研究。首先,进行涡轮盘网格无关性验证以保证计算精度;其次,针对涡轮盘进行导热分析以确定温度分布;再次开展了热-力载荷联合作用下的应力应变计算、静强度校核;最后,计算了中心孔处疲劳裂纹扩展参量以及疲劳裂纹扩展寿命。研究结果表明:该涡轮盘在最大转速状态下静强度满足要求,中心孔区域为应力集中危险点。裂纹尖端温度变化速率随着裂纹的深入而增加,导致了裂纹尖端应力场的扰动,裂纹由I型模式转为I/II混合模式。疲劳裂纹扩展寿命预测结果偏于危险,但可为涡轮盘损伤容限设计提供依据。     

GH4169涡轮盘榫槽电解拉削仿真及其试验研究

榫槽是航空发动机涡轮盘上的重要结构,电解拉削是实现该结构高效、低成本制造的潜在解决方案。为了掌握电解拉削加工参数对轮廓精度和表面质量的影响规律,建立了电解拉削多场耦合模型,阐明了工具阴极长度对加工间隙产物分布的影响规律,获得了优选的工具阴极长度参数。开展了平面电解拉削加工试验,探究了进给速度和加工间隙对工件表面质量和型面进出口去除量差的影响规律,确定了较优的加工参数。试验结果表明,采用优化的加工参数可以获得较好的表面质量并有效控制了型面进出口去除量差。最后,采用优化的参数开展了典型涡轮盘榫槽结构单元件的电解拉削加工试验,试件具有较好的表面质量和轮廓重复精度。     

微型叶轮机械联合试验台设计

准确的叶轮特性对预估发动机共同工作状态、检验叶轮设计技术、提升发动机性能具有重要意义,但微型涡轮发动机尺寸小,结构紧凑,无法在整机试车中准确测量叶轮性能,故本文针对12 cm直径微发原理样机的离心压气机和向心涡轮设计了联合试验台.该试验台由试验段、控制系统、数据采集系统、测量系统和安全监测系统组成,可实现压气机全转速及涡轮长周期热态试验.试验过程中利用控制系统自动调节压气机与涡轮的功率匹配,实现多转速、多流量的叶轮特性测试.试验台采用模块化设计,可针对直径55～180 mm的叶轮进行试验.为准确测量叶轮效率,本文开发了测量精度达1%的光电扭矩传感器,可实现转速125 000 r/min的高速刚性转轴扭矩测量.     

2.4m跨声速风洞TPS测控系统设计与实现

带涡轮动力模拟器(TPS)实验是一种先进的进/排气一体化动力模拟实验技术,该技术能为大型军用运输机、战略轰炸机、大型民用飞机、巡航导弹等推进/机体一体化设计提供必须的实验平台和有力的技术支撑.其中,TPS测控系统主要是为TPS单元驱动气体流量提供精确控制和测量并且负责TPS单元的安全监控工作.笔者介绍了2.4m跨声速风洞TPS测控系统的设计、实现以及调试应用情况.结果表明,整个实验系统运行稳定,工作可靠,TPS涡轮驱动气体的流量波动可以控制在0.001kg/s以内,可应用于型号实验.     

某型航空发动机燃气涡轮叶片和盘结构静力学分析

首先采用UG软件对某型发动机燃汽涡轮两级轮盘/叶片进行三维实体建模,导入ANSYS Workbench软件后以solid87、conta174(接触面单元)和targe170(目标单元)单元类型划分网格,建立了考虑盘与叶片及盘与盘间接触影响的有限元模型。通过对涡轮结构的静力学分析,可以清楚地显示其应力分布,找出应力集中点,验证其静强度可靠性,并为进一步的模态分析和瞬态分析打下基础。     

带缘板阻尼块涡轮叶片减振特性研究

以某型带缘板阻尼块涡轮叶片为对象,采用二维整体-局部统一滑动模型,编制涡轮叶片振动响应分析程序。在此基础上系统地计算不同参数时带缘板阻尼块叶片的振动响应,分析了正压力、外激励对减振效果的影响。算例分析表明:同一外激励下,存在一最佳正压力可以使系统减振效果比较好;正压力不变时,外激励幅值大小的变化对叶片减振效果有较大影响;另外阻尼块对叶片起到调频作用。     

用有限单元法计算涡轮盘的温度场和热应力

本文叙述了用有限单元法计算涡轮盘稳定温度场和热应力的计算方法,涡轮盘温度场边界条件的确定和计算框图,最后附有实例及讨论。     

小型航空发动机特点及换热问题综述

首先介绍了小型航空发动机尺寸小、结构紧凑、转子转速高、长度短、工作环境恶劣等特点，然后基于这些特点提出了小型航空发动机在换热领域中进气系统防冰、离心压气机换热、燃烧室换热、涡轮盘换热、涡轮叶片外表面换热和涡轮叶片内换热等独特问题，最后分析了中国小型航空发动机换热领域的现有技术水平和下一步发展方向。     

带内部叶轮结构的涡轮盘腔流动与温降特性研究

在典型涡轮盘腔内设计了叶轮结构以增大冷却气流的出口温降,并对带叶轮结构的盘腔内部流动与温降特性开展了数值模拟。计算结果表明:在相同工况下,低半径叶轮的总温降大于高半径叶轮的总温降,且前向叶轮的温降能力优于直叶轮,而直叶轮的温降能力优于后向叶轮。叶轮进出口角度对温降效果影响显著,在航空发动机实际工况下,存在叶轮工作最佳进出口角度。     

脉冲爆震涡轮发动机原理性试验研究

为研究脉冲爆震燃烧室与涡轮及压气机三者相互匹配的详细机理,建立了脉冲爆震涡轮发动机原理性试验系统,其主要由脉冲爆震燃烧室、涡轮增压器、润滑系统、发动机测控系统等组成。在该试验系统上开展了脉冲爆震涡轮发动机原理性试验研究。首次实现了由脉冲爆震燃烧室驱动涡轮,涡轮带动压气机,压气机压缩空气供给爆震室的全闭环自吸气工作模式。试验结果表明:脉冲爆震涡轮发动机能在自吸气模式下持久、稳定地工作,爆震室与涡轮及压气机三者匹配良好,验证了用脉冲爆震燃烧室替代传统等压燃烧室的可行性。     

环形刀等残留高度多轴加工步距计算

针对不同曲面的环形刀多轴加工,提出了最大步距计算的数学模型,建立了残留高度为常数时步距与刀轴倾角之间的函数关系,通过函数关系推导出最佳步距的值。实验表明,该算法在保证加工精度的前提下,能有效缩短加工刀轨路径,提高加工效率。     

NURBS插补技术在高速加工中的应用研究

在数控加工中，同传统的线性插补相比，采用NURBS插补刀轨加工，具有高速、高精度和高表面质量的独特优点，是伴随着高速加工技术发展起来的支撑高速加工单元技术--CNC控制机和CAM软件包的核心基础技术。本文从讨论研究NURBS插补刀轨的生成方法、CNC中NURBS插补器的关键技术等着手，阐述了NURBS插补的特点和技术要点，指出了五坐标NURBS插补技术和基于连续动态控制进给速度的智能NURBS插补技术是今后研究的方向。     

过程稳定性对纳秒脉冲电解加工精度的影响

采用纳秒脉冲电流进行微细电解加工时,极间加工间隙很小,因此加工过程的稳定性是影响加工精度的重要因素。根据加工精度和稳定性的关系,建立了试验系统,设计了电解液轴向正流供液的电极喷嘴,利用电流传感器检测加工过程状态,采用短路对刀法确定电极初始间隙,进行了加工参数对稳定性和加工精度的影响试验。试验结果表明:电解液的平缓流动更新比保持电解液静止的加工状态更加稳定。当脉冲宽度小于25 ns时,加工过程的稳定性会显著下降。脉冲宽度为40 ns,电压幅值为4 V,占空比为1∶10时,可以实现稳定的加工状态,并得到较高的加工精度。     

电火花诱导可控烧蚀放电铣削实验研究

提出了一种电火花诱导可控烧蚀放电铣削加工方法,在中空管状电极中间歇通入氧气,在氧气通入阶段电火花引燃金属,利用金属燃烧产生的化学能进行烧蚀加工,氧气关闭阶段进行常规电火花铣削修整,保证表面加工质量与精度。通过实验研究了极性、脉冲宽度、脉冲间隔、低压电流、氧气压力和供氧间隔等工艺规准对电火花诱导可控烧蚀放电铣削加工材料蚀除率和电极相对损耗率的影响。结果表明:该加工方式适合采用正极性加工;电极相对损耗率保持较低的水平;进行粗加工时,应适当增加氧气通入时间,以增加材料蚀除率;进行精整加工时,则应减少氧气通入时间,增加电火花放电时间,以提高表面质量与精度。     

用任意空间曲线控制的复杂组合曲面数控加工算法研究

提出了一种基于参数曲面三角化的复杂曲面刀具轨迹生成方法。即利用给定的任意空间曲线作为控制边界，构造新的参数曲面，在此简单参数曲面上生成刀具轨迹。离散化复杂组合曲面为若干平面三角片，投影已生成的刀具轨迹到平面三角片上，再考虑加工精度、余量、干涉等，便可得到复杂组合曲面的刀具轨迹。根据该方法还可以获得指定加工区域的刀轨。     

基于实体的三轴数控精加工研究

在获得了零件几何信息和加工参数信息后，实体精加工算法能够自动计算零件在某一个加工方向上所有可加工曲面的球头刀精加工刀具轨迹。采用虚过渡的处理方法，计算实体的曲面等距模型。提出了利用贯穿线对交线进行规整处理，高效地获得无干涉的精加工刀具轨迹。基于实体的数控精加工编程丰富了数控精加工编程方式，降低了数控编程的操作复杂程序度，减少了产生错误的可能性，具有工程实用性。     

基于三角化的复杂曲面五坐标数控加工轨迹的计算方法

ＣＡＤ／ＣＡＭ系统中复杂曲面数控加工刀轨的计算能力在工业中有极其重要的作用。本文介绍一种复杂曲面五坐标加工轨迹生成及干涉处理算法，即把曲面用小三角片离散逼近，并用连通图建立所有三角片之间的拓扑关系，在此基础上生成刀轨，并进行干涉检查及刀位修正     

面向绿色制造的高效冷却技术及其试验

绿色制造和高效加工是21世纪先进制造业的必然趋势,为实现绿色高效加工,本文提出了一种新型的绿色高效冷却技术——低温气动喷雾射流冲击冷却技术,通过低温气流运载少量冷却液以喷雾射流冲击的形式到达加工区实现强化换热,将加工区的换热水平提高到一个全新的水平.瞬态实验结果表明,在射流速度40 m/s、靶距10 mm的射流条件下,这种冷却方式可提供的临界热流密度高达60W/mm^2,相对于磨削发生烧伤的临界热流密度提高了6倍以上.     

AERODYNAMIC ANALYSIS OF HELICOPTER SHROUDED TAIL ROTOR BY MOMENTUM THEORY

较详细地研究了涵道尾桨的涵道与内桨的拉力分配关系。文中引入一拉力分配因子ｑ，表示涵道尾桨的涵道拉力与总拉力之比。从动量原理出发，推导出静止（悬停）和轴流（直升机侧风）状态下的涵道尾桨拉力、需用功率与气流速度的关系式，分三种情况对比分析了涵道尾桨与孤立尾桨的拉力、功率和桨盘面积，得出了一些结论。结果表明，虽然在静止状态涵道尾桨的涵道提供的拉力可达总拉力的５０％，但对于轴流状态、涵道尾桨的涵道的拉力增益迅速下降，取决于气流速度比。     

基于网络的高速切削参数优化和管理系统

对高速加工中切削参数优化的理论和方法进行了研究,并对来自生产现场、实验室以及资料收集的数据进行了检验、评价和应用。提出了一种基于遗传算法的切削参数优化算法。与通常的优化算法相比,该算法计算量小,计算速度快,能适应自动化制造系统对优化切削数据快速响应的要求。切削实验表明：应用经过优化的切削数据,不仅提高了机床的利用率,减少了切削时间,而且提高了工件的加工质量。在上述理论研究的基础上,开发了切削参数优化和管理系统。该系统的完成提高了整个数控加工中心的生产率。