航空发动机涡轮盘轮缘凸块塑性变形失效分析

针对某航空发动机在工作过程中发生的涡轮盘轮缘凸块局部异常塑性变形故障,对故障涡轮盘进行失效分析。在此基 础上,通过开展无应力及附加应力的加热模拟试验,总结了GH4169合金组织中δ相的3种析出形貌,以及加热温度、时间、应力3种因素对δ相析出的影响规律。通过对比硬度测试及温色试验结果,明确了GH4169合金试样在700 ℃以下组织和硬度无明显变化,但颜色变化明显;在700 ℃以上,随着δ相析出量的增加其硬度不断减小,而颜色却几乎无变化。结果表明：故障涡轮盘轮缘凸块部位的塑性变形是由于发动机工作过程中超温引起的,故障部位的实际工况达到了约750 ℃、100 h左右的超温。落实改善涡轮盘轮缘的冷却环境、提高涡轮部件加工及装配精度的改进措施后,涡轮盘通过了首翻期加速模拟、经起飞状态摸底和适航状态长时试车验证,无类似故障再次发生。     

篦齿封严结构气弹稳定性数值分析

针对航空发动机中篦齿封严装置的气弹稳定性问题,用所发展的气弹稳定性分析的能量法,考查了两种不同的篦齿封严结构模型的颤振特性,对比分析了在不同节径振动下的气动功分布和模态气动阻尼比。结果表明:能量法可以用于预测篦齿封严结构的气弹稳定性,通过数值计算给出了改进前后篦齿封严结构低阶振动模态的气动功和模态气动阻尼比,改进后的篦齿结构在2节径振型下不再发生颤振,说明改进后的结构比改进前的气弹稳定性更好。      

凸起数对各封严结构封严效率影响的实验

实验用二氧化碳体积分数测量法研究了凸起数目的变化对盘腔内各参数（静压、总压、封严效率）的影响,目的是获得不同封严结构的封严效率和最小封严流量随凸起数目的变化规律。实验在主流雷诺数和旋转雷诺数为一定范围内,测量了不同封严流量下的参数。结果表明:在实验工况范围内,凸起的数目变化对腔内的静压影响较小,靠近封严环的静压变化几乎可以忽略;而总压和封严效率都和凸起数目成正比,但不同封严结构的变化程度有所不同。从整体上看,径向封严结构效率的提升最明显,轴向封严和静盘双齿封严改善较小。平均每增加一个凸起,三种结构所需的最小封严流量分别可以减少0.96%、0.30%、0.28%。此外,安装了凸起后,旋转雷诺数对封严效率的影响也会更加明显。      

斜齿轮啮合刚度变化规律研究

利用基于线性规划法计算啮合刚度和载荷分布的改进方法,分别计算了一对内、外啮合斜齿轮在不同螺旋角时的啮合刚度,总结了啮合刚度在一个啮合周期内的变化规律.计算结果表明,所有参与啮合轮齿形成的啮合线总长度是决定啮合刚度大小的主要因素,在进入啮合和退出啮合的瞬时位置,啮合刚度会减小.通过与航空工业部标准(HB/Z 84.1-1984)算法的计算结果比较,浅析了轮缘厚度对啮合刚度的影响.      

直通型篦齿封严特性的试验

对真实尺寸下直通型篦齿的封严特性进行了试验,考察了几何参数及转速对篦齿封严特性的影响,结果表明:①在试验范围内,篦齿泄漏系数均随雷诺数的增加而增大;②泄漏系数随齿数的增加而降低;③同一雷诺数下,间隙较小时泄漏系数较大;④小间隙(s=0.4,0.5 mm)时,转速对泄漏系数的影响不大;间隙为s=0.6 mm时,转速影响泄漏系数的界限为2 000 r/min.      

直齿直通式篦齿封严计算模型

基于流体网络法,集成大量的计算流体力学数值模拟数据,完成对直齿直通式篦齿封严的计算模型的开发,并采用商业软件Flowmaster GT版对其进行验证,结果表明:该模型对于直齿直通式篦齿封严的模拟准确度较高,对于包含超声速壅塞流动下的各种流动状态具有较广的适用性,只需基本的几何特征参数并定义进出口边界条件即可进行模拟,计算收敛性好,而且对于非直齿式的直通式封严结构也具有一定的适用性,因此可以作为二次空气系统一维数值仿真的标准化模型使用.      

动静压混合式气体密封追随性及主动调控振动特性数值分析

动静压混合式气体密封(DHHGS)运行中,静环对动环轴向窜动和角向摆动的跟踪响应(追随性)能够降低外界干扰对密封稳定性造成的影响。将DHHGS简化为弹簧-阻尼-质量系统,基于摄动法求解了DHHGS的动态非线性Reynolds方程,得到了表征密封动态特性的气膜刚度和阻尼系数。研究了两种DHHGS (泵入式和泵出式)在3个方向简谐激励作用下的追随性,并得到了阻封气压力对追随性的影响规律,分析了主动调控时静环的轴向自振稳定性,并给出了轴向自振的临界失稳判据。研究结果表明:即使激励振幅足够大,DHHGS仍具有良好的追随性;阻封气压力增大,密封的追随性增强;主动调控时,静环自由振动是非往复的衰减运动,密封仍能稳定运转。     

直通型篦齿泄漏的特性试验

对广泛应用于航空发动机的直通型篦齿进行试验,测量了不同结构组合,不同工况参数下直通型篦齿的流量和压力,计算得出相应的换算流量系数,分析了倾斜角度、间隙以及转速对换算流量系数的影响,并获得经验关联式.研究表明:当进、出口气流压比较小时,篦齿换算流量系数随压比增加较快,然后增加缓慢,并渐趋于一定值;相同压比下,篦齿向来流方向倾斜角度和间隙宽度减小,换算流量系数均减小,倾斜角度存在最佳值,应在45°~60°;转速的影响过程较为复杂,在本试验范围内换算流量系数随其增加而减小.      

蜂窝衬套对篦齿封严静力与动力特性影响机理研究

蜂窝衬套对篦齿封严的泄漏特性和动力特性有较大的影响。本文建立蜂窝衬套篦齿封严数值求解模型,在验证数值方法有效准确的基础上,研究了蜂窝衬套篦齿封严泄漏量随进口压力、封严间隙及转速的变化规律,构造泄漏量理论公式;运用非定常动网格技术,建立多频椭圆涡动模型,分析了蜂窝衬套对篦齿封严泄漏特性和转子动力特性的影响机理。结果表明：蜂窝衬套篦齿封严泄漏量随进口压力、封严间隙的增加而增大,随转速的增加略有减小;在大间隙工况下（封严间隙大于0.5 mm）,蜂窝衬套削弱气流的透气效应,减小泄漏量,对边距为0.8 mm蜂窝衬套篦齿封严的密封性能最佳。蜂窝衬套篦齿封严有着较大的直接阻尼和较小的交叉刚度,在高频涡动（频率大于120 Hz）时效果更明显;蜂窝衬套增大流场中的湍动能,增强气流能量的耗散速度,有利于提高封严性能;并且蜂窝衬套能够使周向压力分布更均匀,提高转子的稳定性。本文所构造的蜂窝衬套篦齿封严泄漏量理论公式,与数值仿真相对误差均在5%之内,能够准确地预测蜂窝衬套篦齿封严的泄漏量,满足工程实际需求。     

环氧固封和硅橡胶的空间原子氧效应分析

对磁力矩器用环氧固封和硅橡胶材料进行原子氧和真空效应评价试验,利用新型的原子氧环境模拟设备及其它分析手段对试样的质量损失率(SAML)和表面形貌的变化进行研究。试验结果表明,真空环境会导致材料产生质量损失,两种材料中真空质损最大相差2.5倍;原子氧作用导致聚合物材料发生颜色变化,且造成材料的质损,两种材料的质损率最大相差25倍;原子氧与硅橡胶中的有机硅反应能够形成保护层,可以抑制原子氧对材料内部的进一步侵蚀。