基于虚拟样机技术的航空发动机放气活门机构仿真及故障分析

针对某型航空发动机放气活门机构主动摇臂的多起断裂故障,为寻找故障原因并尽可能缩短排故周期与降低排故成本.借助虚拟样机技术建立此机构的动力学仿真模型,利用动力学仿真软件ADAMS与有限元分析软件ANSYS的联合仿真分析,实现放气活门机构摇臂断裂故障再现,并找出断裂件受力的主要影响因素及其影响规律,估算各受力水平下断裂摇臂的疲劳寿命.最终,分别给出保证摇臂最低使用寿命与全寿命使用情况下的改进建议,即将摇臂与放气活门之间间隙B增大至0.273mm与0.279mm,从而为实际工程排故提供理论依据.      

端壁抽吸对跨声速转子流动特性影响研究

针对NASA的Rotor 67进行数值模拟以揭示轮毂角区边界层分离诱发机制和进一步完善角区分离控制方法。数值结果表明,角区边界层在强逆压梯度和叶片后半段较大曲率变化的双重影响下引发了分离。通过对比分析不同抽吸方案对角区流动的影响发现,在轮毂90%弦长位置处采用边界层抽吸,且相对抽吸流量为0.14%时,可完全消除轮毂角区内的回流流体和脱落涡结构,抽吸效果最佳。在保证转子压比基本不变的情况下,最大可使得转子效率提高0.29%,落后角减小4°。轮毂抽吸还抑制了叶根附近低能流体堆积效应,有助于改善叶片载荷分布和出口气流参数的分布。     

Ti2AlNb近净成形部件的热处理开裂分析

针对Ti2AlNb粉末冶金近净成形部件在固溶热处理后开裂的问题进行了分析。结果表明:热等静压过程中包套发生微泄漏,炉腔中高温高压氩气进入包套内部,形成微孔隙类缺陷;这些孔隙在热处理的过程中会发生膨胀形成热诱导孔洞,使部件受到拉应力形成严重的应力集中成为裂纹源,而Ti2AlNb合金属于脆性材料对缺口敏感,一旦裂纹形成会迅速扩展造成部件开裂。     

基于PC的三维激光加工数控系统构架与关键问题研究

提出了以微步距硬件插补为核心的三维激光切割数控系统构架,分析了软件任务并构建了控制功能的实时调度模型,实现了Windows平台的实时性及多任务协调控制。开发了基于DDA精插补的微步距硬件插补模块,满足运动控制的速度与精度要求;构建了内核驱动模块实现中断响应与伺服控制;结合空间圆弧转接理论与前推–回溯算法开发了轨迹速度预测与平滑模块;提出了硬件分频调节法实现进给倍率的改变。该三维激光切割数控系统能够实现高速高精度运动控制,并且软硬件结合的开放式结构提高了系统的实时性以及功能的可扩展性。     

焊接间隙对铝合金薄板磁脉冲点焊接头组织和力学性能的影响

焊接在航空机体制造中处于至关重要的地位,焊接结构的可靠性很大程度上取决于焊接接头的性能,铝合金作为重要的轻量化航空材料,相关焊接技术对促进航空事业发展具有重要影响。提出了一种用于铝合金薄板连接的磁脉冲点焊技术,实现铝合金板–板固相焊接。通过改变焊件的焊接间隙工艺参数,研究工艺参数对铝合金点焊接头焊接质量的影响。通过光子多普勒速度测量(Photonic doppler velocimetry,PDV)系统获取飞板在变形运动过程中的信息,准静态剪切拉伸试验对接头进行了力学性能的评定,并采用光学显微镜、偏光显微镜和扫描电镜(SEM)分析了焊接接头的微观组织特性。结果表明,当焊接间隙从0.9mm增大到1.5mm时,焊件飞板速度和点焊接头的焊合长度都随之增加,对提升点焊接头性能具有积极作用。综合分析得出,1.2mm的焊接间隙为焊件提供了合适的碰撞速度,焊件力学性能表现最佳。     

航空发动机高原起动性能改善措施

为了解决航空发动机高原起动超温和转速悬挂等问题,以某型航空发动机起动过程为研究对象,根据高原环境对发动机起动过程的影响进行理论分析,提出了优化高原起动措施,并进行了高原试验验证,摸索出各措施对起动过程的影响程度。结果表明:在发动机起动过程中采用飞机卸载的方式可使排气温度降低3%,起动机脱开转速提高3%;起动机功率提高约1%,点火转速及脱开转速提高约2%,起动时间缩短约8%。     

多工况载荷下航空发动机支架拓扑优化设计

将基于变密度法的拓扑优化技术引入到航空发动机外部支撑结构(例如附件支架)设计中,以多工况下的总柔度为目标函数,以体积为约束函数对某发动机支架进行基于拓扑优化的结构设计。根据发动机机匣与附件的相对位置关系建立支架初始模型,开展发动机外部支架结构受力分析研究,建立了基于多工况载荷下拓扑优化和考虑强度影响的尺寸优化相结合的发动机外部支撑结构设计方法,并对最终支架结构进行强度、振动、外廓性校核评估。结果表明：最终模型最大应力出现在工况3情况下,最大主应力为345 MPa低于材料疲劳极限;支架的第1阶固有频率在发动机最高转速频率的125倍以上。采用该方法对某发动机外部支撑结构进行拓扑优化设计,在满足强度、振动和外廓要求的前提下,最终模型质量仅为初始模型的73%。基于多工况的优化结果更符合发动机实际工作需求,该方法研究具有工程应用前景。     

激光冲击强化对钛合金高温微动疲劳寿命的影响

为了解高温工作环境下激光冲击强化工艺(LSP)对钛合金材料微动疲劳寿命的影响,开展了强化前后TC11钛合金在室温、300°C和500°C下的微动疲劳试验并测试了试验件表层的残余应力及硬度。结果表明:随着温度的升高,激光冲击强化对TC11钛合金微动疲劳寿命的提高倍数逐渐减小。在轴向载荷为400MPa,法向载荷为65.5MPa时,经激光冲击强化后TC11钛合金试验件在室温、300°C和500°C下的微动疲劳寿命分别为强化前的5.5倍、3.5倍和1.7倍;强化后试验件表层的残余应力会在高温下发生松弛,且松弛程度会随温度的升高而增大,这是激光冲击强化效果随温度升高而逐渐弱化的主要原因。     

复合材料J型加筋壁板制造技术研究

对J型加筋壁板共胶接技术在实际应用中所存在的主要问题进行了研究,着重介绍了R区芯材精确填充、筋条外型模成型、框架式插销垂直定位、共胶接真空袋封装等关键技术的研究情况,并对相关技术的应用进行了深入分析。研究结果表明,在精确计算的基础上,设计制造专用成型模具可实现R区填充芯材的精确制备,有利于提高加筋壁板胶接质量;选用筋条外型模成型工艺,并设计采用框架式插销垂直定位装置,可有效解决J型筋的表面成型质量、筋条尺寸精度、位置精度等问题;使用已硫化橡胶作为维形挡条、制备合适的内型面软模、优化辅助材料铺放方法,可减少表面质量问题,降低架桥、破袋风险。在应用了上述一系列制造技术后,成功制造了满足使用要求的J型加筋壁板复材零件,并初步实现该类型零件的批量化生产。     

微型涡流发生器控制压气机叶栅二次流的数值研究

二次流对压气机叶栅的性能有很大影响,为了探究微型涡流发生器(MVG)对于低马赫数来流叶栅的二次流控制情况,以一进口来流Ma0.1的高负荷轴流压气机叶栅为研究对象,用数值方法分别对设计攻角(-1°)以及失速攻角(8°)下的流场进行损失分析,并借鉴失速因子对不同组合形式的MVG进行对比。得出在-1°攻角下,大部分MVG具有延缓分离的作用,但都会引起损失增加;在8°攻角下,所有MVG都具有延缓分离、减少损失的作用。损失减少最多的一组VGdvg3达到6.3%,失速系数减小了46%,因此认为MVG对于大分离区域的控制较为有效。MVG主要控制0%~30%叶高方向损失,并且MVG的叶片间距以及安装位置也存在一个最佳范围,不易过大或过小。