连续纤维增强整体叶环结构方案优化设计

为设计出更轻质高强度的轮盘,提高航空发动机推重比,基于ANSYS优化平台,提出并建立整体叶环子午面结构参数化模型,筛选子午面主要结构优化设计变量,在金属盘结构设计准则应力标准基础上,提出并建立纤维增强整体叶环轻量化结构优化设计数学模型。扩展并建立复合材料轮环结构优化设计约束条件。借助轮环结构优化数学模型及ANSYS优化方法,通过典型纤维增强整体叶环结构优化设计,得到满足所有强度约束条件下的轻量化轮环结构,钛基SiC纤维在增强整体叶环结构的同时可以减少39.92%的质量,表明纤维增强整体叶环设计技术在叶环结构减重方面具有明显优越性,表明纤维增强整体叶环结构方案设计方法的有效性。     

纤维增强钛基复合材料整体叶环设计技术

新材料和新结构的开发使用是航空发动机减重的一个主要技术途径,纤维增强钛基复合材料制备的整体叶环结构具有明显的减重优势。以Si C(f)/TA12整体叶环试验件为例,分别从结构、强度、工艺等方面阐述了整体叶环设计技术。利用ANSYS有限元软件进行数值模拟,并采用最大应力准则和平均周向应力准则评估了整体叶环试验件的破裂转速。通过旋转试验初步验证了整体叶环的减重效果和强度计算方法,并对今后的研究方向进行了展望。     

钛基复合材料压气机叶环应力的数值模拟

采用有限元分析方法,建立三维循环对称模型,对连续Si C纤维增强钛基复合材料压气机叶环的应力进行了研究。考虑周围基体包套和中心复合材料的热残余应力,重点分析了叶环尺寸、温度及基体材料性能对叶环应力分布的影响。结果表明,当叶环直径较小、工作温度较低时,叶环的最大环向应力点在内径;随着直径增大、工作温度升高,最大环向应力点出现在中心复合材料靠近内径一侧。基体材料的弹性模量、热膨胀系数和密度,对叶环的应力分布有重要影响,应尽量选择密度低、弹性模量和热膨胀系数较大的钛合金作为基体材料。     

连续纤维增强钛基复合材料整体叶环的超声检测试验研究

本文结合连续纤维增强钛基复合材料（TMCs）整体叶环的制备工艺和结构特点,重点分析了TMCs整体叶环内部质量的超声检测难点,并通过对特定尺寸TMCs整体叶环的超声检测试验及解剖对应分析,确定了纤维碎断、纤维束开裂、纤维屈曲、纤维挤出及焊缝处开裂（未焊合）等可能存在的主要缺陷类型及超声回波信号特征。试验结果表明,基于适当的超声检测工艺参数对TMCs整体叶环的内部质量进行检测,检测灵敏度可达Φ0.8 mm当量平底孔。     

纤维增强整体叶环/盘强度问题分析

为了尽可能全面剖析纤维增强整体叶环(简称叶环)的优点和结构强度问题,明确纤维增强叶环转子强度优化问题及加工制造要求,利用ANSYS有限元软件,在分析典型纤维增强叶环和特殊纤维增强整体叶盘(简称叶盘)结构的受力特性基础上,结合前期对纤维增强叶环/盘特性的认识了解,提出了纤维增强叶环/盘结构在设计使用中出现的减质、寿命、刚度和热变形不协调等结构强度问题,并分析了这些问题产生的机理,可供纤维增强转子结构设计、加工、试验和检查时参考。     

SiC纤维增强整体叶环破裂转速研究

为研究航空发动机SiC纤维增强钛合金整体叶环的强度,采用有限元法计算了整体叶环子午截面的周向应力分布,分析了其承载模式和理论破裂转速,然后通过高速旋转台试验测定了整体叶环的实际破裂转速。研究结果表明,以复合材料的局部最大周向应力计算的整体叶环的破裂转速与实际测试结果最为接近。叶环残骸断口SEM照片显示,超速旋转过程中首先发生了SiC纤维丝与钛合金基体的界面分脱,随后纤维丝被拉断导致复合材料承载能力下降,最终引起整体叶环的破裂。     

SiC纤维增强钛基复合材料研究现状与展望

连续Si C纤维增强钛基复合材料(Si Cf/Ti)是一种重要的高推重比发动机(推重比12)用结构材料,它的应用为发动机设计和制造带来了革命性的变革。Si Cf/Ti复合材料代表了高推重比发动机用结构材料的发展方向,欧美国家设立了多项研究计划来发展Si Cf/Ti复合材料,技术水平已经达到或接近于实用状态。介绍了国内外对连续纤维增强钛基复合材料的研究现状及国内研究存在的一些问题,并对国内Si Cf/Ti复合材料的未来发展提出了一些建议。     

高可靠度TC17基复合材料叶环破裂转速预测技术研究

为了建立安全可靠预测TC17基复合材料叶环破裂转速的方法,尽快实现其工程应用,开展了SiC连续纤维增强TC17基复合材料叶环结构破裂转速预测技术研究。测定了复合材料叶环成型过程所导致的TC17基体力学性能变化规律,仿真分析了由于热不匹配导致的热残余应力对复合材料叶环强度的影响。考虑复合材料试棒和叶环结构的差异,建立了基于复合材料试棒拉伸强度极限的高可靠度复合材料叶环破裂转速预估准则。完成了复合材料叶环强度试验件设计、制备和试验验证,并对试验件进行了断口分析。结果表明：复合材料叶环成型后,TC17基体合金本构模型将发生改变,其屈服和拉伸强度都有较大程度的下降,强度分析时应予以考虑。复合材料叶环成型工艺所导致的叶环热残余应力使得复合材料增强芯的同一半径处的周向应力沿轴向产生了梯度,其周向和径向最大应力均有明显降低,还导致叶环残余变形最大位置发生了变化。在旋转试验过程中,应变实测值与仿真结果相近。断口分析结果证明本文研究的复合材料叶环结构实际破裂模式为周向破裂,与所建立的仿真方法和评估准则预测的破裂模式一致,且破裂转速的预测精度较高,并保证了设计的安全性,可满足工程应用需求。     

纤维增强铝基复合材料热残余应力细观力学模型

从复合材料内部组分的细观力学关系入手 ,建立了基底 /涂层 /纤维三层力学模型。该核型能够分析有涂层的连续纤维增强金属基复合材料在温度和机械载荷同时变化下的应力应变关系 ,并可用于计算铝基复合材料的制造热残余应力状态。算例分析表明 :涂层的物理性能对复合材料的整体力学性能有很大影响。在涂层上 ,有些残余应力分量远高于基底和纤维处的状况。涂层的弹性模量不同 ,对材料的横向应力影响最大     

原位自生非连续增强钛基复合材料的研究进展

从原位自生非连续增强钛基复合材料的反应机制、组织结构以及力学性能方面综述原位自生非连续增强钛基复合材料的研究现状。并指出新型增强体强化钛基复合材料的制备以及混杂增强钛基复合材料强化叠加规律研究等将是原位自生非连续增强钛基复合材料的发展方向。     

高结构效率的斜流压气机结构设计

针对高负荷斜流压气机的结构设计需求,引入和完善斜流叶盘的结构效率评估方法,用以协调各种设计要求和优化结构设计.基于提高结构效率的设计思想,提出“C”型和“M”型两种新型斜流叶盘结构方案,并通过平均应力值、振动鲁棒系数和轮缘变形协调系数3项的分析和结构效率系数的对比,论证了新型轮盘结构在减轻质量、提高可靠性和降低叶尖损失等方面的优势.分析结果表明:“M”型叶盘结构方案可使平均应力提高24.7%,质量降低20%,振动响应降低37.9%,轮缘最大变形降低67.6%.      

单轴双涵压气机试验器调台试验技术

为给8 000 kW以下功率等级的风扇/增压级及压气机提供试验研究平台,自行设计并建成了一台单轴双涵压气机试验器。本文就考核该试验器能否满足设计要求须采用的调试方法进行了系统介绍,对调试过程中遇到的技术问题及解决措施进行了有益探索,并对调试结果进行了分析与评估。调试试验表明,该试验器满足设计要求,具备验收条件。     

民用飞机外翼与中央翼上壁板连接形式的研究

在现代民用飞机的设计研发中,外翼与中央翼连接处的设计和装配是重中之重。通过对5种外翼与中央翼上壁板连接形式进行研究,建立CATIA模型,通过有限元计算,得出相同载荷形式下的应力应变情况。并从受力、工艺和重量等方面进行分析、比较,初步给出几种外翼与中央翼连接形式的优劣。旨在为类似机型外翼与中央翼上壁板连接形式的确定提供有效思路和技术支持。     

“前置凸台周向槽式”机匣处理的设计和实验

为了获得一种新型的“前置凸台周向槽式”处理机匣的设计参数和处理效果，借助于一单级轴流压气机实验台详细研究了“前置凸台”结构，“周向槽”结构，凸台前部尺寸、叶顶形状对压气机性能的影响，实验结果表明凸台前部尺寸和叶顶几何形状对压气机的裕度和效率均有较大影响，并分析了该处理机匣的作用机理。     

骨架式压气机机匣仿真计算分析

为了实现通过改变压气机机匣材料、结构形式和加工手段,达到减轻压气机机匣质量的目标,依照骨架式结构设计思想,对某型压气机的机匣进行了骨架式结构的改进设计,即"桁架"式结构机匣,并针对这3种典型的结构机匣分别从静强度、模态和包容特性等角度进行了仿真计算和对比分析,得到了现阶段最优方案为圆形开孔机匣。结果表明:该类骨架结构可以实现在不影响机匣使用要求的前提下,将压气机机匣质量减轻10%~20%,有效提高发动机推重比。     

某微型涡喷发动机地面试车故障分析及措施

针对某微型涡喷发动机的地面试车实验过程,介绍了发动机结构,地面实验台的搭建,测试系统的布置,试车线路的制定,并重点分析了试车过程中遇到的多种故障现象及解决办法.这些故障现象包括:点火可靠性、火焰拖尾、转速悬挂、转静件碰摩、尾喷管翼子板焊缝开裂、涡轮端轴承热失稳、发动机喘振、电控程序调试等.实验结果表明:进一步降低涡轮端...     

全尺寸吸附式压气机部件试验技术刍议

为了深入探讨吸附式压气机试验方法,简要介绍国内外吸附式压气机叶栅试验和全尺寸部件级试验研究现状和成果。通过解析大流量气体抽吸和大流量气体测量2项吸附式风扇/压气机试验关键技术,并结合已有吸附式叶栅试验成果,实现在现有压气机试验器上开展全尺寸吸附式压气机试验研究,并完成阶段试验。试验结果表明:增加真空泵组进行大流量气体抽吸,能够在现有压气机试验器上完成全尺寸吸附式风扇/压气机部件试验。为了提高试验效率、节省试验资源,针对全尺寸部件级吸附式压气机试验研究,给出进一步结合吸附式叶栅试验结果完成对比试验的建议。     

Compressor geometric uncertainty quantification under conditions from near choke to near stall

Geometric and working condition uncertainties are inevitable in a compressor, deviating the compressor performance from the design value. It’s necessary to explore the influence of geometric uncertainty on performance deviation under different working conditions. In this paper, the geometric uncertainty influences at near stall, peak efficiency, and near choke conditions under design speed and low speed are investigated. Firstly, manufacturing geometric uncertainties are analyzed. Next, correlation models between geometry and performance under different working conditions are constructed based on a neural network. Then the Shapley additive explanations (SHAP) method is introduced to explain the output of the neural network. Results show that under real manufacturing uncertainty, the efficiency deviation range is small under the near stall and peak efficiency conditions. However, under the near choke conditions, efficiency is highly sensitive to flow capacity changes caused by geometric uncertainty, leading to a significant increase in the efficiency deviation amplitude, up to a magnitude of ?3.6%. Moreover, the tip leading-edge radius and tip thickness are two main factors affecting efficiency deviation. Therefore, to reduce efficiency uncertainty, a compressor should be avoided working near the choke condition, and the tolerances of the tip leading-edge radius and tip thickness should be strictly controlled.