航空发动机涡轮叶片径向变形的概率分析

为描述航空发动机涡轮叶片径向位移的变化规律,改善叶尖间隙设计和控制的合理性,考虑多种随机变量,融合有限元和响应面方法进行了叶片径向变形的概率分析。通过对涡轮叶片在典型载荷下的热分析和结构分析,计算出叶片变形随时间的变化规律,并找出最大位移点作为概率分析的计算点;在计算点处考虑热载荷和离心载荷作用,结合响应面拟合蒙特卡洛法计算出了危险点处的叶片径向变形的分布概率和符合设计要求的可靠度,并分析了影响间隙量的随机因素的灵敏度。结果表明:叶片径向变形量和安全变形概率基本符合设计要求;影响叶片径向位移变化的主要因素是温度、转速和质量。     

基于双重极值响应面法的叶盘联动可靠性分析

为了更准确地研究变形和应力对航空发动机叶盘性能的影响,在湍流模型理论和叶盘流场模型的基础上,提出了一种可靠性分析方法即双重极值响应面法(Dual Extremum Response Surface Method,DERSM)。在分析中考虑气体压力和离心力作用,合理选取随机输入变量,得到叶盘结构的总体最大变形和最大应力,并作为输出响应;对随机变量进行抽样,通过抽样点拟合各自的极值响应面方程;结合蒙特卡洛法对两个极值响应面模型进行联动抽样,计算出了航空发动机叶盘的可靠性概率。实例仿真表明:当叶盘最大允许变形量为4.2mm,最大许用应力为7.5×10~2MPa时,其可靠性概率为98.61%。与极值响应面法(Extremum Response Surface Method,ERSM)相比,DERSM在保证计算精度的前提下,计算效率提高23.52%,验证了DERSM在叶盘可靠性分析方面的有效性。     

基于响应面法的鸟撞风扇叶片损伤预测

有限元模拟鸟撞风扇叶片损伤成本高,为解决工程问题,采用经典叶栅鸟撞切割模型建立了鸟撞风扇叶片动载荷数学模型,结合鸟撞部件试验结果,以拟合技术明确风扇叶片损伤程度与最大关键动载荷计算值间的函数关系,形成叶片损伤预测响应面,实现对鸟撞风扇叶片损伤的快速预测,并建立基于响应面法的鸟撞风扇叶片损伤预测工作流程。结合涡扇发动机吞鸟试验技术要求、风扇结构设计特征及已开展的鸟撞部件试验结果,建立叶片损伤预测响应面,初步识别2种鸟撞方案的径向弯曲、弦向弯曲,并计算撕裂范围分别不超过0.3867和0.3941,撕裂与弦向弯曲相关性显著,呈抛物线变化趋势。结果表明：预测的损伤在可接受的安全性水平范围内,预测方法能够识别损伤范围及趋势,可为后续鸟撞有限元模拟、试验策划、安全性分析、风扇叶片抗鸟撞设计等工作提供量化的技术支持。     

航空发动机叶片换效分析中的共性问题

综述了航空发动机叶片失效分析的基本思路和方法。从强调叶片失铲分析的力学背景出发，提出了设计上的不足是叶片失效的根本原因；分析了叶片制造加工质量与故障叶片之间的辨证关系；论述了叶片工作寿命与叶片失效的相关性，在失效分析方法上，指出了现行理论计算所存在的局限性，强调了动态测试分析对故障定性的重要作用。     

航空发动机叶片型面测量方法评述

叶片的型面质量是影响发动机性能的一个重要因素。基于叶片型面测量的重要性,本文对现行的检测方法进行了分类总结,比较完整地评述了其适用情况、测量精度、测量能力及局限性等,针对未来叶片的发展,提出了叶片型面测量技术的发展趋势。     

航空发动机叶片失效分析中的共性问题

综述了航空发动机叶片失效分析的基本思路和方法。从强调叶片失效分析的力学背景出发 ,提出了设计上的不足是叶片失效的根本原因 ;分析了叶片制造加工质量与故障叶片之间的辨证关系 ;论述了叶片工作寿命与叶片失效的相关性。在失效分析方法上 ,指出了现行理论计算所存在的局限性 ,强调了动态测试分析对故障定性的重要作用。     

基于智能双重响应面法的涡轮叶盘可靠性灵敏度分析

为了合理进行整体叶盘多失效模式可靠性分析和准确描述各影响参数的重要程度,将智能算法与双重响应面方法相结合提出可靠性灵敏度分析的智能双重响应面方法 (Intelligent Dual Response Surface Method,IDRSM)。首先,建立IDRSM的数学模型,给出基于IDRSM的可靠性灵敏度分析的流程。然后,考虑流场和温度场作用,基于IDRSM对整体叶盘径向变形和应力两种失效模式进行可靠性分析和灵敏度分析。可靠性分析显示:当许用径向变形、许用应力的均值和标准差分别取3.8mm和76μm,690MPa和14MPa时,叶盘综合可靠度为0.9926。灵敏度分析显示:整体叶盘综合失效概率的主要影响因素为流速和转速,占叶盘总失效的92%。通过蒙特卡洛法、响应面法、极值响应面法、智能响应面法等四种方法比较显示:IDRSM能在保证计算精度的前提下提高计算效率。实例分析表明该方法在多失效模式综合可靠性灵敏度分析中的可行性和有效性,也为结构多失效模式可靠性优化开辟了有效途径。     

航空发动机叶片评价方法

基于对HB 5647-1998《叶片叶型的标注、公差与叶身表面粗糙度》的研究和三坐标测量压气机叶片型面的应用实践,提出使用三坐标测量机测量和评价压气机叶片的方法,并就应注意的问题进行了讨论。     

航空发动机叶片型面加工误差可视化方法研究

叶片型面加工质量的科学检测是保证航空发动机叶片高气动性能的关键技术之一,针对目前叶片型面检测结果可视化程度低,且常规的数模比对方法难以对复杂扭曲叶片型面加工质量进行准确分析的现状,本文基于叶身型面的定义提出了具有节点层特征的自适应三角网格模型以及叶片型面主要加工误差的可视化分析方法,并以叶片型面为检测对象进行了验证分析。结果表明:该方法及其对应的软件系统能够对叶片截面型线轮廓度误差、扭曲变形误差、掠变形误差、弯变形误差以及截面型线轮廓超差量进行直观、准确的可视化分析,减少了原有截面特征检测报告中近30%的文字数据,提高了检测结果的可视化程度,能够有效地协助检测人员完成叶片型面加工质量的分析和评定工作。     

航空发动机叶片高循环疲劳失效研究

必须最大限度地降低航空发动机叶片高循环疲劳失效。分析了导致高循环疲劳失效的原因 ,结合实例阐述了降低高循环疲劳失效的方法 ,并对需要重点研究的关键技术作了说明。     

某型航空发动机风扇一级叶片振动特性分析研究

针对某型航空发动机转速在7000r/min时出现的低压转子振动值超标问题,以风扇一级叶片为研究对象,在UG平台下建立一级叶片的真实三维模型,转化为实体模型,采用有限元方法(FEA)计算叶片的六阶频率,叶尖加模拟不平衡力载荷,分析其振动响应;搭建实验平台,测某台发动机28片叶片的频率;采用相关函数和频率差分析仿真结果的置信性;相关性为0.9471,不平衡响应仿真结果与试车频谱图一致,研究成果对排除故障具有一定的指导意义.     

基于双判定准则的航空发动机叶片缺陷孔洞的边界提取

航空发动机叶片缺陷孔洞的几何形状复杂、位置分布散乱且曲率变化明显,使用单一判定准则难以完整地提取其边界特征点.为实现叶片缺陷孔洞边界的精准提取和孔洞边界线的平滑拟合,提出了一种基于双判定准则的航空发动机叶片缺陷孔洞边界特征点的提取算法.该算法采用K–Dimension tree(K–D树)建立点云的空间拓扑结构,以采样...     

基于威布尔的发动机涡轮叶片寿命可靠性评估

在发动机涡轮叶片寿命层面上提出了三参数的威布尔分布,确定其寿命的实际分布,为发动机涡轮叶片的可靠性定量评估提供了一种切实可行的方法．其可行性已被初步的实验证实。同时也为航空公司合理备件、节约备件库存量提供参考,对提高公司的运作效益有着重要的意义。     

基于少量数据确定航空发动机涡轮叶片的寿命分布

通过分析第一级高压涡轮转子(HPT-1)叶片现场故障数据,综合考虑影响HPT-1叶片寿命的因素、故障模式、维修情况等,建立三维数学模型,通过降维处理得出HPT-1叶片寿命分布柱状图,使用最小二乘法减少所拟合的威布尔寿命分布曲线与柱状图之间的误差。为处理现场数据提供一种切实可行的方法,且为航空公司维修管理部门安排HPT-1叶片维修操作提供依据,对减少飞机停机时间、提高航空公司运作效益有着重要的意义。     

民用航空发动机振动监测方法研究

对民用航空发动机振动监测原理、监测算法和发动机振动位移量到飞机振动单位的转换关系进行了系统研究。并在此基础上,结合民用航空发动机典型的叶片磨损问题,分析了发动机振动值随不同叶片磨损程度的变化趋势;给出了发动机振动检查程序,便于在飞机地面维护和飞行过程中提早发现发动机存在的结构故障,保障飞行安全。本文结合发动机振动特点提出的工程检测方法,具有一定的工程使用价值和参考意义。     

基于响应面的涡轮叶片冷却通道设计优化

基于响应面近似技术,对涡轮冷却叶片的气动和传热性能进行了设计优化。以冷却通道肋的位置为设计变量,采用拉丁超立方抽样在变量设计空间里选取样本点,根据样本点建立叶片计算模型,采用流-热耦合分析方法得到叶片气动与传热性能参数,拟合得到叶片壁面最高温度、平均温度和总压损失关于设计变量的四阶响应面近似模型。采用响应面模型动态修正技术,进行了回流式冷却通道的设计优化,得到了优化解,减少了总压损失,使叶片最高温度下降了24.5 K,叶片壁面平均温度下降了34.4 K。     

含滚动轴承径向游隙的航空发动机整机振动响应特征分析

针对航空发动机支承系统中各支承处滚动轴承径向游隙对整机振动响应影响的灵敏度问题,建立了含滚动轴承径向游隙的真实发动机转子-支承-机匣整机振动模型,转子与机匣采用有限元模型,支承采用集总质量模型,分别考虑了四个不同支承处的滚动轴承径向游隙和赫兹接触力的强非线性,利用数值积分方法求解耦合系统的响应,分析了整机振动响应特征。对整机振动影响较大的支承S2处,分析了不同转速下,转子、滚动轴承外圈、机匣的响应特征;分析了非线性接触力随时间-滚珠数目变化、以及滚动轴承承载变化规律;分析了该支承处径向游隙对接触力的影响。结果表明:(1)转速越高,随着间隙增大,机匣加速度振幅跳跃和滞后现象越明显,且由于滚动轴承的变刚度,当刚度变化较剧烈时,系统的固有频率被激发,即频率锁定现象;(2)在大间隙下,转速在两阶临界转速之间,转子容易出现时而挤压,时而不挤压滚动轴承外圈的现象,即不稳定现象,可以通过减小径向游隙,从而增加转子的稳定性,同时减小整机振动。     

航空发动机振动传感器安装座振动特性数值分析方法

针对振动传感器-安装座-整流机匣构成的振动测试构件系统的固有频率,从不同边界处理方式,振动传感器、安装座和整流机匣的结构尺寸及质量等方面进行分析,给出了各方面影响结果的对比,确定了振动传感器安装座的振动数值分析方法。利用敲击法,对振动测试构件系统在发动机装配条件下的固有频率进行了测试与响应分析,验证了该数值分析方法的有效性。     

基于Bayes理论的航空发动机涡轮叶片维修决策研究

为了更可靠、更经济地实施涡轮叶片维修决策.本文探索了Bayes统计推断理论在维修中的应用.通过仿真试验,对比分析工程维修人员常规情况下根据历史维修经验和通过采样对叶片维修策略的选择.试验结果表明,运用Bayes统计推断理论,为航空公司决策者或维修人员进行维修决策选择提供了方便,同时证明该方法的可行性.     

基于趋势分析的发动机振动故障识别

总结十种航空发动机整机故障的振动特征发现,单纯从频率角度分析几乎所有故障模式都表现为转子基频,但是不同故障的振动幅值发展趋势却有所不同.基于此提出了基于趋势模型的发动机振动故障识别方法.讨论了发动机整机振动趋势的数学描述及不同故障模式的趋势发展特征;建立了平稳波动模型、周期摆动模型、线性发展模型和阶跃突起模型分别描述发动机振动正常状态和三种典型故障模式;为了有效识别上述四种模型,提出了模型识别准则并实现了识别算法.最后以四组发动机实测趋势数据作为案例进行验证,结果表明该方法可以有效地区分故障模式,验证了该方法的正确性和工程实用性.