军用发动机压缩系统的技术进展

在以美国的综合高性能涡轮发动机技术(IHPTET)计划为代表的先进发动机技术开发与验证计划的推动下,军用航空发动机的压缩系统技术有了长足的进展,特别是军用涡扇发动机上采用的小展弦比叶片、前掠叶片、整体叶环转子、由核心机带动的风扇、大小叶片转子、压气机稳定性主动控制、先进材料应用等.     

IHPTET计划中第三阶段JTDE的技术进展

美国IHPTET(高性能涡轮发动机综合技术 )计划中第三阶段JTDE(联合技术验证发动机 )的技术进展主要如下 :1　GE公司 /AADC公司将通过XTE77验证机验证先进风扇、低压涡轮以及加力燃烧室技术 ,以便给用于F 35JSF的F136发动机提供更大的工作裕度、更高的安全性和未来的增长能力。2　先进风扇、低压涡轮和加力燃烧室技术已用在P&W公司的XTE6 7验证机上。XTC6 7核心机利用这些低压转子技术 ,将有助于第三阶段目标的验证 ,给F135发动机提供更大的工作裕度、更高的安全性和未来能力的增长。3　中等展弦比风扇具有线性摩擦焊、前掠叶片…     

GE90发动机的降噪技术

发动机的噪声是飞机的主要噪声源。大涵道比涡扇发动机降低噪声主要通过选择适当的发动机循环参数 (增大涵道比、降低风扇转速、降低发动机的排气速度 )和低噪声设计来实现。　　除了采用增大涵道比 (8.4 )和较低的风扇转速(371m/s)降低发动机噪声外 ,GE公司 2 0世纪 90年代全新研制的GE90大涵道比涡扇发动机还大量采用了部件降噪技术。这些技术包括 :(1)进气 /风扇机匣前后优化处理 ;(2 )风扇叶片低噪声设计 ;(3)风扇与进口导向叶片的间距加大 ;(4 )进口导向叶片数量优化 ;(5 )减小风扇叶尖间隙 ;(6 )可定制进口导向叶片与舱吊挂一体化设…     

AEDC正在进行XTC67/1核心机试验

由P&W公司设计制造的先进涡轮发动机的核心机 (XTC6 7/ 1 )正在AEDC(阿诺德工程发展中心 )的J 1推进研究试验舱中试验。研制XTC6 7/ 1核心机的主要目的是为了验证IHPTET(高性能涡轮发动机综合技术 )计划中最新的技术和目标。XTC6 7/ 1的设计特点是 :通过一体化叶片转子系统 (IBRs)的阻尼和轻型涡轮阻尼器 ,使一体化叶片转子具有低共振应力和颤振响应。AEDC试验部经理RichardMoore认为 :J 1试验舱模拟了包括XTC6 7/ 1核心机在内的完整的发动机的工作环境。在完成了核心机的试验验证之后 ,P&W公司的研究人员将研制一台包括核心…     

航空钛合金叶片数控砂带磨削关键技术

对于航空发动机来说,核心机一旦定型,后续发展主要通过采用新技术、新设计,加大风扇直径,增加增压压气机级数,改进高压压气机、高压涡轮叶型设计,提高高压涡轮叶片材料与涂层的耐高温性能等来提高部件效率和发动机的推力.这其中,表征循环参数的高温热部件材料的发展相对较慢,而压气机叶片、风扇叶片设计改进较为频繁,可以说,钛合金压气机叶片和风扇叶片制造是航空发动机制造的关键技术之一.     

基于统计特征的航空发动机风扇外物撞击检测

为了检测识别航空发动机工作过程中的风扇外物撞击事件,采用非接触叶尖振动测量系统对风扇叶片叶尖振动位移进行实时采集与检测。通过风扇叶片非接触叶尖振动位移数据统计分析,发现叶尖振动位移服从正态分布,并采用Epps-Pulley假设检验证明。设计了基于统计特征的风扇叶片外物撞击叶尖振动位移检测算法,采用该方法获取了风扇转子不同转速下外物撞击叶尖振动位移检测阈值。对风扇转子转速为3000r/min状态下,直径16mm、质量为2.9g的外物弹体撞击风扇叶片的振动位移数据进行分析,并采用高速摄像系统对该方法识别结果的可靠性进行验证。结果表明:基于统计特征的发动机风扇外物撞击检测方法,能够准确识别外物撞击风扇叶片事件及发生撞击的叶片编号。     

航空发动机涡轮叶片叶尖补焊修复技术探讨

本文针对航空发动机涡轮叶片叶尖磨损问题,对涡轮叶片的工作条件及磨损特征进行了分析,指出涡轮叶片叶尖修复技术所带来的经济效益及其重要意义。文中详细介绍了激光表面仿形熔铸接长技术和全自动钨极氩弧焊接长修复技术,为今后发动机涡轮叶片叶尖磨损提供了切实可行的接长修复方法。     

基于叶尖定时的航空发动机涡轮叶片振动测量

介绍了基于叶尖定时的非接触振动测试系统应用于涡轮转子叶片的技术瓶颈,突破高温传感器结构设计、安装以及冷却等技术难点,通过设置系统触发信号保持时间,解决H型涡轮转子叶片对叶尖定时信号的二次触发问题,并给出核心机状态下转速基准实现方法。将非接触振动测量技术成功应用在某型涡扇发动机高压涡轮转子叶片振动监测中,有效获取涡轮转子叶片共振时的振动频率和幅值,并与应变计测量叶根动应变结果进行比对。结果显示:基于叶尖定时的非接触振动测试系统和接触式动应力测试系统均可监测涡轮转子叶片振动,成功辨识转子叶片8 200 r/min时的12阶激励阶次激发的一弯振动模态,两种分析方法识别共振频率相对误差在4%以内。     

使用高温粘方法修理和替换内衬密封条

在大多数商用飞机使用高效率的涡轮风扇喷气发动机时代到来的同时,飞机维修人员也面临着新的挑战,即如何修理和替换发动机上的耐磨损内衬密封条,也称风扇轨道。装在涡轮喷气飞机上涡扇发动机,一般其装在前部的风扇由它位于初级涡轮后面的二级涡轮驱动,它的作用是增加发动机中心的气流,以减少燃油消耗并提供更大的推力。为了得到涡轮风扇发动机提供的高空气通过率,必须迫使尽量多的空气通过风扇,因此需要使风扇顶端到风扇罩内核之间的间隙尽可能地小。如果风扇叶片和发动机内罩都是金属结构,由温度升高或离心力引起的任何叶片长度膨胀都可能…     

航空发动机核心机全三维数值仿真方法研究

利用流体分析软件ANSYS CFX,对航空发动机核心机进行了全三维流场数值仿真。采用出口边界模拟压气机级间引气和燃烧室二股气流流路,以及源项方法模拟涡轮叶片冷却喷射。考虑了压气机空腔效应、各叶片的端壁倒圆、转子叶片叶尖间隙等细节结构;燃烧室按照燃油喷雾模型计算化学反应。通过计算获得了核心机进口导流盆、压气机、燃烧室、涡轮及喷管的气动性能;分析整理出了部件各项参数沿径向的分布,获得了核心机推力,并与试验结果进行了对比。通过研究,初步校验了航空发动机核心机全三维数值仿真的可行性,为航空发动机整机全三维数值仿真奠定了技术基础。     

基于方差分析的航空发动机风扇叶片外物撞击识别

航空发动机工作过程中风扇外物撞击事件的检测与识别对飞机飞行安全至关重要。通过风扇叶片外物撞击试验平台模拟真实发动机受外物撞击的过程,研究风扇外物撞击规律与检测识别方法。针对航空发动机的机载参数和加装振动参数对风扇外物撞击事件识别难度高与识别准确率低的问题,开展了基于非接触风扇叶片叶尖振动测量的外物撞击检测试验,提出了基于非接触叶尖振动位移方差威布尔分布函数极大似然估计与自动门限检测系统的风扇叶片外物撞击自动门限识别方法,并获取了风扇转子不同转速下外物撞击叶尖振动位移方差识别门限值。选取风扇转子转速为3 000 r/min状态下,直径为16 mm、质量为2.9 g的外物弹体撞击风扇叶片的振动位移数据进行分析,并采用高速摄像系统对该方法识别结果的可靠性进行验证,结果表明：基于非接触叶尖振动位移方差分析法能够准确识别风扇叶片外物撞击事件、撞击叶片编号与撞击叶片数。     

国外航空发动机风扇叶片及其成形技术

现代航空发动机正朝着增加推力,减轻重量,降低油耗和减少噪音的方向发展,涡轮风扇发动机正是适应这一要求而发展起来的。 风扇叶片是涡轮风扇发动机的重要零件,其叶身长、叶弦宽、形状复杂(扭角大、实心叶片的叶身又往往设计有一个或多个中间阻尼凸台)。因此,成形难度大,极大地影响了发动机的重量和制造成本。目前,风扇叶片的成形方法已成为发动机制造的关键技术之一。     

基于红外辐射的涡轮转子叶片前缘温度场测量

根据发动机涡轮转子叶片温度场测试需求,对发动机进行了局部改装,并设计了安装支架,利用红外辐射高温计测量了发动机涡轮叶片前缘及叶盆温度场。试验结果表明,所有叶片表面温度分布具有明显的规律性——中截面附近区域前缘温度最高、叶盆次之,在前缘和叶盆之间存在一低温区;从前缘到叶盆的叶尖弦向温度呈反S形分布。各涡轮叶片叶盆存在一椭圆形高温区,该高温区在中截面附近温度最高,沿叶尖和叶根方向延伸并伴随温度递减。各涡轮叶片前缘温度的高温区都集中在中截面附近约1/3叶高范围,叶尖和叶根温度都较低。     

CFM56高压涡轮间隙的优化

由法国SNECMA公司和美国GEAE集团组成的CFM国际公司在CFM56发动机研制一开始就努力缩小单级高压涡轮叶片的叶尖间隙而又使其摩擦最小。各型CFM56发动机的验证试验表明,叶尖间隙增大对发动机性能不利。 现在,美国通用电气(GE)公司研制了一种小型不冷却的间隙测量装置,它可以在运转条件下测量高温环境下的高压涡轮叶片的叶尖间隙。该工具与新的分析技术相结合,导致CFM56发动机及其短舱的某些设计更改,通过机匣圆度与转子同心度的改善,发动机性能和性能保持能力得到提高。     

掠形叶片

据报道,R·R公司最近设计了一台“复合”掠形叶片的风扇。该风扇叶片设计与美国GE公司和P&W公司的有些不同。它采用形同短弯刀曲率(先后掠,叶尖处再前掠)的前缘设计,使进入发动机的气流沿叶片展向平稳地减速,而不是突然地减速,在叶尖处转变为超音速。激波是分级的,不会对准叶尖,从而减少叶片损失,提高了效率。该叶片采用R·R公司成熟的超塑成形/扩散焊接的宽弦空心叶片结构,大大减轻了重量,同时增强了抗鸟撞能力。预计该     

涡轮3 维叶尖间隙对典型故障特征的响应特性分析

为了有效地克服传统叶尖间隙在航空发动机涡轮叶盘的健康监测中传递信息能力有限的不足,充分考虑了在航空发动机运行过程中涡轮叶片叶尖的3维特征,提出包含径向间隙、叶片叶尖端面轴向偏转角和周向偏转角在内的涡轮3维叶尖间隙的概念,并将3维叶尖间隙特征参量作为叶片故障信号载体,通过有限元方法分析了3维叶尖间隙特征参量对高压涡轮叶片典型裂纹故障的响应特性。结果表明:3维叶尖间隙特征参量对高压涡轮叶片尾缘裂纹的故障特征信息有良好的反映效果。     

基于叶尖定时技术的非接触式叶片叶尖扭转角测试及应用

为了验证风扇转子叶片反扭设计的准确性及获取不同气动状态、不同转速条件下叶片扭转变形情况,建立叶片扭转应用理论模型,开发了基于叶尖定时技术的非接触式叶片叶尖扭转角测试技术,在发动机风扇转子叶片上开展了旋转状态下的叶片叶尖扭转角测试和仿真计算。结果表明：叶片叶尖扭转角变形理论计算值为1.5°,实测值为1.4°;采用统计分析方法计算稳态转速风扇转子叶片所有叶片叶尖扭转角最大标准偏差为0.1°,是因加工误差、装配误差、气流扰动和振动因素导致的;单个叶片叶尖扭转角最大标准偏差为0.01°,是因气流扰动和振动因素影响所导致的。该项测试技术成功地验证了叶型反扭设计,稳态转速风扇转子单个叶片叶尖扭转角小于所有叶片叶尖扭转角的离散度。     

涡轮叶片早期裂纹的三维叶尖间隙EEMD能量熵融合诊断方法

为了解决航空发动机涡轮叶片早期裂纹故障信号微弱、难以识别的问题,提出一种基于三维叶尖间隙集成经验模态分解（EEMD）能量熵融合的涡轮叶片早期裂纹诊断方法。采集涡轮叶片三维叶尖间隙信息,利用EEMD分别对三维叶尖间隙各维信号进行处理,得到相应的固有模态函数(IMF),以此计算每一维信号分量EEMD能量熵,构建能表征叶片裂纹状态的不同EEMD能量熵高维矢量集。建立多个堆叠自动编码器(SAE)分别对各高维矢量集进行特征学习并提取所学习的深层特征表达。利用支持向量机算法(SVM)和遗传算法(GA)融合各维深层特征以综合不同维度信息进而充分判定叶片裂纹状态。通过涡轮叶片裂纹诊断试验,结果表明:所提方法能有效提高叶片早期裂纹诊断精度,其平均准确率达到98.415%,标准差仅为0.697%,具有很好的稳定性、泛化性和自适应性。     

动态消息

GEnx发动机采用的先进材料GEnx发动机是GE公司由GE90发动机衍生研制的新一代低噪声、低污染、低成本的涡扇发动机,在材料应用上有许多创新。大量采用复合材料是GEnx发动机的突出特点。风扇叶片、前风扇机匣、增压级出口处的可调放气阀门管道均采用了树脂基复合材料。这不仅提高了风扇叶片的抗外物损伤能力,而且大大减轻了质量,例如,复合材料风扇机匣比铝机匣减轻质量160kg。钛铝化合物在低压涡轮工作叶片上的应用是GEnx发动机技术上的一大突破,虽然TiAl化合物的应用在全球已经探索多年,尤其是在IHPTET的CAESAR(结构件以及发动机…     

本期导读 核心机系列发展

<正>核心机系列发展,是指在保持一台成熟的核心机基本几何参数不变的条件下,匹配不同的风扇、低压涡轮、加力燃烧室等低压部件及相关系统,以较低的风险研制出不同用途、覆盖一定推力(功率)范围的一系列发动机。核心机系列发展是发动机系列化发展的最主要途径,能较好解决发动机与飞机研制进度协调的问题,减少发动机研制和翻修