基于Realizable k-ε模型的叶盘通道电解加工多场耦合分析

叶盘通道电解加工(ECM)是决定整体叶盘电解加工成形精度的关键工序，其加工间隙不规则、建模困难。基于Realizable k-ε模型建立叶盘通道电解加工的气液两相流模型，根据参数传递关系建立多物理场耦合模型，分析加工间隙内电解液温度、氢气体积分数、电导率等重要参数的分布规律。仿真结果显示电解液在侧面间隙出现涡流现象，使该区域氢气堆积、温度上升，影响工件的成形表面质量，并导致该处的材料蚀除量减小，该结果在试验中得到证实。试验与仿真得出的工件轮廓形状变化趋势一致，试验与仿真获得的端面平衡间隙尺寸分别为0.26、0.33 mm,仿真的相对误差(27%)明显小于经典公式的相对误差(73%)。因此，模型可较为准确地模拟叶盘通道电解加工成形过程，反映各参数对工件成形的影响过程。     

榫槽结构浸没式管电极内喷液电解切割加工

在航空发动机中，用于连接涡轮盘和叶片的榫槽/榫头结构加工精度、表面质量要求极高，现有加工技术还不能实现涡轮盘榫槽结构的低成本、高效、高质量加工。电解线切割具有加工精度高、加工表面质量好、加工灵活性强等特点，对涡轮盘榫槽结构的低成本加工具有原理性优势。针对管电极内喷液电解切割时，切缝侧壁表面粗糙度不均匀问题，提出了浸没式管电极内喷液电解切割加工方法。在较为稳定、均匀的外部流场和快速流动的加工间隙内部流场共同作用下，实现了大厚度难加工材料的高效高质量加工。结果表明，相比于管电极内喷液电解切割，浸没式管电极内喷液电解切割加工出的切缝侧壁表面粗糙度比较均匀，整体加工质量较好。优选出内喷液压力，以4.5μm/s的进给速度在20 mm厚的高温合金GH4169工件上加工出表面粗糙度为Ra 1.247μm的涡轮盘榫槽结构。     

基于周期性换向冲液的掩膜电解加工技术

掩膜电解加工技术是一种用于阵列结构加工的高效电化学加工技术，被广泛应用于各类难加工材料的阵列群孔、群坑或群槽的加工制造。目前，掩膜电解加工中多采用侧面单向供给电解液的方式进行加工，该冲液方式简单易行，但由于加工区迎水面和背水面的流场差异，造成群孔结构的成形精度较差。为此，提出了周期性换向冲液技术，以改善加工区流场分布，进而提升群孔结构的成形精度。通过数值模拟仿真和实验研究，明确了最佳的换向冲液频率，研究结果表明换向冲液技术可以有效提升孔的成形精度。最终，采用周期性换向冲液技术完成了阵列群孔结构的加工，相较于单向冲液，孔的侧壁与轴线夹角差异率下降至1%以内，获得了较高的成形精度。     

交叉孔相贯处电解修形试验

为提高发动机燃油效率，延长燃油喷射体的使用周期、降低维护成本，利用电解加工技术和相贯结构的阴极开展燃油喷射体内交叉孔相贯处的去毛刺和过渡圆弧修形试验研究，实现电解去除交叉孔相贯处的毛刺，且达到修形后相贯处过渡圆弧半径R=(2.0±0.2) mm的目的。建立交叉孔相贯处电解修形过程的数学模型，基于COMSOL软件进行不同加工时间和电压下电解修形过程的数值求解，开展交叉孔相贯处电解修形过程的工艺试验，对比分析相同工艺参数下数值求解与修形试验得到的过渡圆弧半径，验证修形过程数学模型的准确性，得到相贯处过渡圆弧半径随加工时间和电压的变化规律。结果表明，加工时间t=360 s、加工电压U=12 V时和加工时间t=420 s、加工电压U=10 V时，数值求解与修形试验得到的过渡圆弧半径较好地满足了过渡圆弧半径R=(2.0±0.2) mm的要求，且修形后的交叉孔相贯处的过渡圆弧轮廓明显。     

高马赫数V字形钝化前缘平板表面压力特性

针对三维内转式进气道V字形唇口下游面临的严酷压力载荷问题，将唇口简化为V字形钝化前缘平板，在来流马赫数为6的条件下，采用数值模拟结合激波风洞压敏涂料测量方法，研究了半径比R/r = 0 ~ 20（V字形根部倒圆半径R与前缘钝化半径r之比）的平板表面压力演化特性。结果表明，随着R/r增大，V字形钝化前缘产生的三维波系结构发生变化，引起下游平板表面压力演变出4种类型。R/r较小时，V字形钝化前缘激波干扰产生的大范围流动分离，诱导形成了偏离中心线较远的分叉状高压区（Type Ⅰ，分叉型）；随着R/r增大，流动分离减弱，分叉状高压区逐渐消失，由透射激波扫掠壁面所形成的条带状高压和超声速射流对撞所形成的中心线高压区逐渐显露，依次出现过渡型（Type Ⅱ）、严酷型（Type Ⅲ）和渐匀型（Type Ⅳ）压力分布。平板上分叉型和过渡型的压力最大值仅为4.3 ~ 7.2p∞（p∞为来流静压），但V字形钝化前缘处的流场品质恶劣；严酷型的压力最大值，随着射流对撞强度的增强而增大，最高可达19p∞；渐匀型的压力最大值，随着射流对撞强度的减弱，逐渐趋近于二维钝前缘平板产生的压力最大值4p∞。