高推质比双辐板涡轮盘结构研究及光弹试验验证

为了满足高推质比发动机的设计要求,采用渐进结构优化算法对传统涡轮盘进行了拓扑优化,确定了双辐板涡轮盘的结构形式.针对拓扑优化结果对双辐板涡轮盘进行了有限元分析和尺寸优化,使得同等应力水平下的双辐板涡轮盘比传统涡轮盘的质量降低了23.6%.通过三维旋转光弹试验验证了所提出的双辐板涡轮盘结构的合理性和相关计算的正确性.      

轮盘径向破裂转速计算方法分析及修正

分析了轮盘径向破裂转速理论计算方法及常用平均径向应力计算方法的含义及其特点.且依据理论计算方法的含义,提出了基于有限元计算结果的轮盘径向破裂转速计算修正方法.通过实例应用,证明了相对于理论方法计算结果,修正方法较常用平均径向应力方法计算精度更高,其计算精度由6.6%提高到0.5%以内,且修正方法较理论方法使用更方便、工程适用性更强.      

Bump进气道中鼓包诱导的激波/边界层干扰特性

为了探索Bump进气道中鼓包诱导的锥形激波和机身发展而来的湍流边界层干扰问题,分析其气动优势,首先选取了半锥和半棱锥这两种与鼓包的流场结构具有一定相似性的构型作为参照,采用数值仿真方法,分别对这三类典型的三维激波/湍流边界层干扰问题进行了流场分析。在此基础之上,设计了三个不同马赫数的鼓包,并研究了设计马赫数对鼓包流场特性的影响。结果表明:当三类构型的无黏激波强度相等时,半锥诱导产生的旋涡强度最强,鼓包次之,半棱锥最弱。尽管鼓包诱导的流场非常复杂,其干扰流场却呈现出准锥形相似的特性。虽然半锥对边界层的排移能力最强,但是综合考虑边界层排移能力及进气道出口流场畸变下,鼓包最具优势,这也是其被选为超声速进气道前缘压缩面的重要原因之一。此外,在设计状态下,适当增加设计马赫数能改善鼓包排移边界层的能力,但设计马赫数太高,边界层排移能力基本不变,反而使得进气道总压损失急剧增加。      

寿命限制件概率失效风险评估材料缺陷数据模型

从满足适航性要求的角度出发, 探索出一种获取典型钛合金材料缺陷（硬α夹杂）分布数据的方法,即以理论模型模拟钛合金轮盘的加工过程,利用加工过程中被检出缺陷的分布和无损检测检出率（POD）等相关数据,获得部件缺陷分布基线。提出满足适航要求的超声POD试验和金相切片试验方案,确定了试件规格数量、缺陷含氮质量分数及分布规律、超声检测方法、金相切片获取缺陷三维尺寸等关键技术,用以获取POD曲线和检出的缺陷等相关数据。利用以上数据通过理论推导和对数线性拟合获得部件缺陷分布超越数曲线。明确了材料缺陷的数据特点和适航要求,详细分析了模型试验参数的选取原则,提出了获取POD曲线和缺陷分布曲线的方法。该方法为航空发动机轮盘概率失效风险评估提供缺陷数据输入,以支撑国产发动机的适航取证工作。      

GH4586合金涡轮盘预制坯优化与组织均匀性控制

GH4586合金涡轮盘是新一代液体火箭发动机的核心部件之一,服役环境极其恶劣,提高涡轮盘模锻件微观组织均匀性有益于提高产品力学性能的稳定性和可靠性。通过热压缩试验,研究了变形温度、应变对GH4586合金微观组织和再结晶行为的影响,得到了GH4586合金热成形工艺参数范围;结合有限元仿真和模锻成形试验,分析了不同预制坯形状对涡轮盘模锻件应变分布和组织均匀性的影响,采用从边缘到中心梯度升高的双陀螺形预制坯形状、在1060℃条件下进行模锻成形,可以获得组织均匀的涡轮盘模锻件,心部晶粒度等级达到6~7级,盘部R/2处和边缘处晶粒度等级7~8级;室温、低温和高温力学性能均满足标准要求,特别是-196℃时延伸率和600℃时抗拉强度相较原工艺方案分别提高了37%和12%。     

某压气机轮盘均压孔挤压强化数值仿真和挤压头设计

采用静力学求解算法、应用弹塑性有限元分析程序对挤压强化过程进行了仿真计算,研究了摩擦因数、挤压次数、挤压量、约束方式、倒圆半径、以及配合方式等参数对残余应力场的影响.根据某压气机轮盘均压孔的具体结构形式,设计了三种挤压头:单侧挤压头、柱形头和T形头.用两种材料(不锈钢1Cr11Ni2W2MoV和镍基高温合金ЗП742)设计加工了带孔薄板模拟件,用其中两种强化方法对孔边进行了强化试验,试验结果表明:T形头挤压工艺达到了提高疲劳强度的预期效果,且操作方便实用.将试验结果和数值仿真结果进行了对比,分析表明用静力通用程序可以解决金属材料孔板挤压过程的仿真问题,能有效指导挤压强化研究.      

一种参数化轻量化涡轮盘结构的CAD/CAE集成方法

针对一种轻量化涡轮盘结构的特点,分析了参数化CAD/CAE集成过程的文件与输入参数的关联性.编写C/C++程序,利用UG/OPEN API实现参数化建模,通过修改脚本并基于单向流固耦合算法有序调用CAE软件执行脚本的方式实现关联文件与输入参数关联,从而实现参数化涡轮盘CAD/CAE过程自动集成.程序运行效果显示,相比人工执行同样的一次CAD/CAE流程,该方法至少要快54min,说明了该方法有效提高了轻量化涡轮盘的设计分析效率.      

基于螺纹锥形搅拌头的搅拌摩擦焊三维流场仿真研究

本文利用CFD软件包FLUENT建立了带螺纹表面的锥形搅拌头搅拌摩擦焊三维流动模型。通过数值模拟得到了焊缝沿厚度方向的水平切面速度矢量图,截面的速度矢量图以及用于观察材料流动行为的流动线图。同时分析了搅拌头表面螺纹对塑化金属流动行为的影响及焊缝塑化金属的流动规律。模拟结果对于搅拌摩擦焊过程中焊缝处塑化金属流动以及焊缝形成机理研究具有重要的指导意义。     

直接供气预旋转静系流动特性的实验

用实验方法研究直接供气转静系预旋腔内的流动特性,得到了静盘表面的静压分布、预旋孔的排气系数以及盘缘出口流量的分配规律.结果表明:流量改变对静盘压力分布形状的影响较大,而转速改变的影响则较小;在几何条件不变以及预旋进气和中心进气流量相等的前提下,预旋孔排气系数主要由预旋进口流量系数决定;对于该实验模型和研究工况来说,盘缘出口流量系数比在0.7以上.      

锥形禁区约束下空间交会的被动安全逼近速度分析

针对锥形禁区约束研究了空间交会平移靠拢段的被动安全逼近速度计算问题.根据轨道面内外的相对运动相互解耦和轨道面外呈周期运动的特点,将三维锥形禁区约束转化为轨道面内的二维锥形禁区约束.将平移靠拢段的逼近分为V-bar逼近和任意方向逼近两种情况,分别基于相对动力学模型推导得到了安全逼近速度、失效位置和失效点到轨迹与锥形禁区边界相切点的飞行时间三者的关系式.最后的算例表明在锥形禁区约束情况下V-bar逼近相对R-bar逼近来说要求的安全速度更小.