先进树脂基复合材料在航空发动机上的应用及研究进展

随着先进树脂基复合材料在航空发动机上用量的增加和应用范围的扩大,航空发动机部件对材料本身的性能要求也越来越高。从不同种类树脂基体方面综述了近些年航空发动机各部件上先进树脂基复合材料的应用和耐高温性能的研究进展情况,提出了未来的可能发展趋势。     

复合材料与未来航空发动机

未来高性能航空发动机在很大程度上依赖于先进复合材料的发展。本文根据树脂基复合材料、金属基复合材料、陶瓷基复合材料和碳碳复合材料的性能，特别是耐温性，讨论它们在未来航空发动机上的可能应用范围和前景，并概述这些材料的发展现状。     

航空发动机用聚酰亚胺复合材料研究与应用

综述了聚酰亚胺复合材料的研究进展和在航空发动机领域的应用现状。重点介绍了PMR型聚酰亚胺树脂基复合材料的性能特点及其在成熟发动机型上的应用情况,论述了聚酰亚胺复合材料衬套的制备技术、典型产品和研究进展,指出降低成本、提高耐热性、改善工艺稳定性、建立材料数据库是未来航空发动机聚酰亚胺复合材料产品的发展方向。     

陶瓷基复合材料在航空发动机热端部件上的应用

介绍了适应未来先进航空发动机需求的陶瓷基复合材料在国外航空发动机热端部件上的应用现状,并展望了陶瓷基复合材料在国内航空发动机热端部件上的应用前景.     

树脂基复合材料风扇叶片的优化设计

在深入研究树脂基复合材料的材料属性和设计准则的基础上,提出并建立了一种树脂基复合材料空心风扇叶片的结构设计方法,并对叶片的强度和振动特性进行了研究,结果表明所提出的树脂基复合材料空心风扇叶片的结构设计是可行的,且对于提高风扇叶片的强度和减重起到了显著的效果.在此基础上,以共振裕度为设计目标,提出了树脂基复合材料风扇叶片优化设计的流程,解决了优化过程中学科间、应用软件间的信息传递问题,并实现了叶片铺层顺序设计优化.结果表明:在满足强度约束条件的前提下,树脂基复合材料空心风扇叶片较金属实心叶片质量减少了78.88%,共振裕度增加了8.44%.      

先进树脂基复合材料的发展和应用

先进树脂基复合材料在航空领域应用日益广泛,继铝、钢、钛之后,已迅速发展成为四大航空结构材料之一. 本文主要介绍先进树脂基复合材料在航空工业的应用、复合材料的发展现状以及先进复合材料的发展趋势.     

航空发动机复合材料机匣屈曲特性的有限元分析

复合材料是60年代出现的一种性能优异的新型材料,目前复合材料在航空航天结构领域里已得到了一些的应用。本文利用线性板壳理论和线性屈曲模型,针对某航空发动机树脂基复合材料外涵道机匣构件及此材料层合板进行结构有限元建模与屈曲特性的有限元分析,以期为航空发动机的结构设计提供参考依据。      

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.     

专注航空复合材料构件研发——访北京航空制造工程研究所飞机工艺研究室(101室)主任曹正华

航空工业树脂基复合材料构件研究与开发中心(北京航空制造工程研究所101室,以下简称101室)作为国内知名的树脂基复合材料技术研发基地,长期以来坚持跟踪世界先进复合材料技术,为我国航空产品采用先进复合材料结构提供了强大的技术支持.     

先进树脂基复合材料在大涵道比发动机上的应用

大量使用树脂基复合材料大幅提高了大涵道比发动机多方面的优异性能。树脂基复合材料的使用需要材料、设计、工艺一体化协作。采用先进的复合材料制造技术,可提高性能、降低制造成本。要想为民用航空市场提供安全、舒适、节能、环保、具有竞争力的中短航程单通道商用干线飞机,使用复合材料是必经之路。     

民用通风机气动设计新特点及设计方法的新发展

本文通过对一种新型高性能矿用局部通风机的设计、制造及试验全过程的综述,展现了新的先进设计体系在民用通风机上的成功运用,其研制特点是:(1)在叶片气动设计中为了降低叶根及叶尖区二次流损失,采用可控涡扭向规律设计,样机实测的高性能验证了这种方法的可行性和高效性;(2)在设计方法中采用较精确的数值反验算,获取最优设计方案,大大提高设计的准确性和成功率,并缩短了设计试制周期。      

对转叶轮机技术挑战分析

为获得关于对转叶轮机共性问题的认识,在回顾对转叶轮机发展之后,采用速度三角形方法分析了“对转”造成的气流预旋范围和变工况运行方面的技术挑战。分析表明:除带来更严峻的噪音、振动及高周疲劳问题外,对转叶轮机还将面临气流预旋范围受限、变工况运行更加复杂两个挑战。使用对转叶轮机方案前提条件是对转导致的气流预旋范围能满足总体循环提出的要求;对转叶轮机设计时尽量选取低转速比、低流量系数;对大转速比、高流量系数对转叶轮机,应尽量使前排出口相对气流角β1<40°~50°,否则,对于对转风扇/压气机就只有改变下游叶片安装角;有时需要采用可调叶片以应对对转风扇/压气机变转速变工况问题。研究结果将直接用于判断对转叶轮机适用性及确定对转叶轮机基本设计参数选取原则和范围。     

叶片弯掠对多级风扇气动性能的影响

利用数值模拟的方法,研究了多级环境中叶片弯掠对风扇整体气动性能的影响。研究过程将弯、掠叶片分别应用于某三级风扇的第二、三级静叶,以对比性能变化并研究其内在的流场作用机制。结果表明,多级环境中弯掠叶片排可通过改变沿径向密流分布对其它叶排施加影响;弯和掠都能借助低能流体迁移控制端壁流动,但掠叶片同时具有对主流的迁移作用,这就使得掠叶片对沿径向密流分布的影响要大于弯叶片;随转速下降,弯叶片的流体迁移作用被增强,掠则相反。此外发现,在多级环境中单独使用时可获得性能改善的弯掠叶片,组合应用后并未获得双重的性能收益。     

高负荷风扇级的特性实验与流场分析

为了探索高负荷风扇级的流场特性,积累这方面的设计经验,在压比和效率特性之外,还分别利用三孔针和总压耙对所实验风扇级的出口有关参数进行了测量。同时,为了辅助分析问题,借助了CFD研究了转静根部的匹配问题。对根部区域的实验和计算现象进行了重点讨论,并指出了不足和进一步改进的方向。     

旋转中心随旋转角度变化的扇束重构算法

首先推导了旋转中心到扇束中心射线移动距离为旋转角度的函数时的精确滤波及投影重构算法 ;然后推导了这个函数为线性函数时的重构算法 ;最后用计算机模拟法证明了两个算法的正确性     

稳态周向总压畸变对小型风扇影响的全周数值模拟

采用全周非定常数值模拟的方法，求解两种畸变角时，进口周向总压畸变对某型风扇流场的影响，并详细分析了总压畸变沿风扇的传递情况。计算和分析结果表明，该方法可以清晰描述流场参数沿周向分布情况；总压畸变会引起总温畸变，并且进口畸变强度相同时，畸变角度及动静叶间的相互作用对畸变传递有较大影响。     

对当前跨音风扇气动设计体系中损失系数和堵塞系数的关联分析

现有设计体系中对于损失系数主要是由实验和经验来确定。通流气动设计需计入叶片槽道内的附面层堵塞,反映附面层堵塞影响的堵塞系数也是依经验给定。本文对多台风扇设计进行分析后,发现现有的设计体系中损失系数和附面层堵塞系数之间彼此孤立,且不够协调,而事实上,两者是紧密相关的,体现在物理上就是损失和开式分离流之间的关系。本文在分析现有设计体系模型的基础上,提出了一个新的工程模型,把两者关联了起来,并给出了算例分析,且从算例结果中可以看到现有设计体系中单转子效率远大于级效率的原因之一。      

民用飞机防火系统试验室气流模拟系统设计

在民用飞机防火系统地面模拟试验中,由于气流流量对试验具有重要的影响,因此,需要模拟发动机风扇舱、发动机核心舱、APU舱和货舱在飞行中的气流流量。由于流量的精度对试验结果具有重要的影响,设计一种基于PLC控制的气流模拟系统,基于PID控制算法,通过变频器控制电机带动风机模拟所需的气流,满足地面试验的要求。     

风扇进口噪声预测模型的改进

针对Heidmann模型对风扇进口低频噪声(1k Hz)预测结果偏低的情况,通过引入风扇叶尖弦长雷诺数和相关几何参数改进了Heidmann模型中风扇进口宽频噪声的频谱修正函数,确定了其中频谱修正系数为0.085。对比改进模型和Heidmann模型的风扇进口噪声预测结果发现:在亚声速工况下,改进的模型很好地改善了风扇进口低频噪声的预测结果,改进幅值可以达到约45d B;而在超声速工况下,由于风扇进口产生的组合单音噪声成为风扇进口噪声的主要组成部分,除了在小于100Hz的频域内,改进的模型与Heidmann模型的预测结果差别不大。     

风扇/压气机稳定性三维模型的研究

发展了一个基于体积力的可用于分析风扇/压气机性能和稳定性的三维可压缩模型。该模型先是利用三维CFD求解器求得在同一转速线下不同工作状态下的每一叶片排的叶轮机源项,然后通过求解带源项的三维非定常Eu ler方程,获得对风扇/压气机内部三维流场和性能的模拟。利用该模型对某一跨声速风扇级的三维流场和性能进行了数值模拟分析,特别是分析对比了在进口无畸变和进口有畸变情况下的风扇内部三维流场和气动性能。研究结果表明,所发展的计算模型的数值结果与实验结果吻合得很好。与实验结果相比,预测总温比的误差为1.2%,而预测总压比的误差小于4%。