整体叶盘在航空发动机上的应用和发展

通常,压气机转子叶片均以叶身下的榫头(多为燕尾形)装于轮缘的榫槽中,再用锁紧装置将叶片锁定在轮盘上。80年代中期,在发动机结构设计中,出现了一种称之为“整体叶盘”(BliSk)的结构,它是将转子叶片和轮盘作成一体,省去了联接用的榫头、榫槽,使结构大为简化。整体转子和整体叶盘叶片与轮盘作为一体并不是近期的设计,在60和70年代发展的一些小型发动机的轴流-离心式     

基于改进Jacobian-Torsor理论的转子组件装配精度控制方法

转子装配是航空发动机制造过程的核心环节，防止同心度超差是转子组件装配需要解决的重要问题。传统方法以千分表人工手动测试为主，依赖制造经验，缺乏系统、定量的结构精度设计理论方法支撑。针对转子的回转特性和多级装配特点，提出了基于改进的雅可比旋量理论的三维偏差建模方法和组合堆叠同心度控制策略，通过引入回转副有效表征了航空发动机转子零件的回转特性，确定了雅可比扩展矩阵和同心度偏差传递函数及其控制方程。结合该方程，对某4级涡轮转子装配进行验证，当各级安装角度分别为3.513 rad、5.206 rad和0.953 rad时，可获得最高同心度0.042 mm。结果表明该模型可以有效预测组件整体精度和确定最佳装配方案，具备较强现实指导意义。     

钛合金榫结构微动疲劳防护技术研究综述

综述了航空发动机叶片–轮盘榫型连接部位的微动疲劳损伤形式及试验方法,总结了提高钛合金抗微动疲劳性能的表面改性技术,介绍了不同强化手段的处理方式、作用机理以及在提升发动机榫结构微动疲劳性能方面的应用,同时指出了目前该领域内存在的问题,以期为钛合金叶片榫头抗微动疲劳设计提供借鉴。     

某型航空发动机涡轮叶片和轮盘榫齿裂纹故障力学分析

针对某型航空发动机发生的涡轮转子叶片和轮盘榫齿裂纹故障,应用大型结构分析程序Ansys对该叶片和轮盘进行了接触应力、振动特性及低循环疲劳寿命的计算分析,并针对各种可能的公差组合对榫头和榫齿喉部应力的影响进行了分析;根据计算结果找出并分析了故障发生的原因。     

微动磨损引起的压气机叶片榫头断裂故障研究

某型发动机四级压气机叶片榫头断裂导致喘振而引发空中停车.针对榫头的断裂故障机理重点进行了以下方面的研究:断口、痕迹学分析,四级压气机叶片振动模态分析,榫头和榫槽等关键部位的应力分析,在发动机离心载荷工作条件下考虑榫头-榫槽接触表面微动磨损产生磨损和疲劳裂纹的可能性,同时预测榫头出现磨损和疲劳裂纹的危险点位置.研究表明,本次断裂故障为由于叶片榫头与榫槽的非正常接触而产生的微动磨损导致的疲劳断裂,属于个性的小概率事件.     

叶栅试验件数控铣加工及组件装配工艺的改进研究

通过对叶栅试验件数控铣加工及组件装配工艺的改进研究,对传统加工工艺及组件装配工艺进行优化,选用三坐标加工中心加工叶片端面及榫头,保证了榫头的一致性;在榫头加工螺纹孔,利用螺栓穿过榫槽将叶片与栅板固定,解决了叶栅试验件组件装配尺寸问题。此方法可大幅减少加工时间,提高零件合格率。     

开式整体叶盘通道高效粗加工方法研究

整体叶盘是现代航空发动机的重要组成部分,对提高发动机性能具有十分积极的作用.美国综合高性能涡轮发动机技术(IHPTET)计划与经济可承受多用途先进涡轮发动机(VAATE)计划均将整体叶盘列为重点突破技术[1].国内整体叶盘技术与欧美发达国家相比差距较大. 与传统叶片和轮毂装配结构相比,整体叶盘省去了连接用的榫头、榫槽及相应的连接件,减轻了重量,提高了推重比,使发动机的工作寿命与安全可靠性得到提升.整体叶盘分为开式与闭式两种结构.     

涡轮叶片-榫头-轮盘的蠕变与低循环疲劳寿命预测

为获得小型涡扇发动机的涡轮转子结构的预期寿命,通过对涡轮叶片-榫头-轮盘结构进行一体化建模,利用经典寿命预测方法对其蠕变持久寿命与低循环寿命进行了预测。首先,分析了各部位温度分布和应力-应变分布,确定寿命关键点,利用Larson-Miller方程计算叶片的蠕变持久寿命,然后采用Manson Coffin方程计算整个结构的低循环疲劳寿命。计算结果表明,由于载荷剖面下的工作温度较低,叶片的蠕变损伤极小,而由于榫头/榫槽部位存在应力集中,其低循环疲劳预期寿命仅有102次循环。     

航空发动机燃油系统执行机构及其传感器故障诊断

提出了基于执行机构模型和航空发动机逆模型的执行机构及其传感器单一故障诊断和定位方法.基于执行机构小闭环结构建立了3阶执行机构传递函数模型.基于两个并联的BP(back propagation)神经网络,建立了航空发动机稳态逆模块和动态补偿模块,形成航空发动机逆模型,以实现基于航空发动机输出的燃油流量估计.以执行机构模型输出和传感器输出之间的偏差为依据进行故障判别,以航空发动机逆模型输出和传感器输出偏差为依据对故障进行定位.以某型航空发动机及其燃油系统执行机构模型为对象进行的仿真,结果表明,该诊断系统可在航空发动机稳态、动态情况下准确地诊断出幅值在1.6%以上的执行机构及其传感器故障并进行定位,验证了所提出故障诊断方法的有效性.      

基于几何代数理论的转子堆叠装配多目标优化

在航空发动机多级转子装配过程中,优化的转子堆叠装配方案对提高转子装配质量及安全运行有着重要的意义。为了提高转子安装相位优化效率和装配质量,基于几何代数理论并结合多目标优化方法提出了一种高效求解最优堆叠装配方案的方法。首先,对几何代数和齐次矩阵的计算效率进行对比验证,并基于几何代数理论改进多级转子堆叠装配误差传递模型;其次,针对航空发动机转子安装相位角度的装配要求,建立转子同心度和初始不平衡量的多目标优化模型;最后,采用非支配排序遗传算法求解该堆叠装配多目标优化问题,获得符合工艺要求的最优装配方案。算例结果表明,优化后的转子装配方案比随机装配方案同心度降低65.10%,初始不平衡量降低97.88%。     

大涵道比涡扇发动机风扇平衡工艺分析

转子不平衡是大涵道比涡扇发动机振动的主要激振源,为厘清整机装配后的风扇不平衡量主要来源,本文选取CFM56-5B发动机为研究对象,分析风扇转子结构和低速平衡工艺,并采用SAE ARP4163标准中定位接口对转子不平衡量影响公式,计算得出结构设计容差带来的极限附加不平衡量数值。结果表明,即使转子实现完全理想平衡,受制于单元体设计、风扇叶片等航线可更换组件的维修性设计需要,风扇转子装配到整机上的安装误差在极限状态下,不平衡量也会达到21025g·mm以上,只有进行本机平衡,方可满足整机振动幅值要求,整机平衡工艺是保证发动机最终平衡品质的高效方法。     

航空发动机整机动力学研究进展与展望

对近年来航空发动机整机动力学的研究现状、进展进行了综述,包括双转子系统固有特性计算、转子-滚动轴承系统动力学、转子叶片振动、发动机机匣动力学、机动飞行转子系统动力学、航空发动机转子碰摩动力学、航空发动机转子裂纹以及整机动力学等.最后对航空发动机整机动力学今后工作研究的方向进行了展望.     

基于等概率随机法的航空发动机转子叶片排序优化

对于盘片分离的航空发动机转子,叶片排序影响初始不平衡量,容易导致振动超限。在转子装配环节,精准、高效的叶片排序优化对于提高装配质量和效率有重要意义。针对此问题,基于单个叶片的质量矩模型,建立单级转子初始不平衡量模型,提出叶片排序优化的目标函数,研究一种基于“等概率随机”的搜索算法,实现在资源、时间消耗和优化效果之间取得平衡。仿真和验证结果表明,该研究方法可以精准、高效地优化叶片装配排序。与传统方法相比,单级转子的初始不平衡量大幅降低,转子的装配品质得到极大提高,已在实际生产中取得显著的应用效益。     

涡轮叶片榫连接结构接触变形测量方法研究

航空发动机涡轮叶片与涡轮盘的连接往往采用枞树形榫头、榫槽的连接形式,其接触面的失效以微动磨损疲劳破坏的形式出现,它与榫齿工作面的接触应力及工作面之间的滑动参数有关。本方法利用光弹性模型的形变记忆功能及云纹干涉法测量了接触面的位移场,为分析接触应力及滑动参数提供了更接近实际情况的数据;解决了带滑动的接触应力的测量方法,结合数值计算将大大推动众多工程接触问题的研究。     

航空发动机整机振动控制技术分析

针对高性能航空发动机结构复杂性和高温高转速工况下动力学稳定性问题,提出了航空发动机转子动力学特性设计分析是振动控制技术的牵引,装配工艺控制技术是关键,振动试验测试技术是依赖手段的整机振动控制技术思路。总结了发动机结构动力学计算分析技术、结构装配工艺优化技术、整机振动测试技术以及多年在发动机试验和试车中遇到的振动故障特征分析经验,分析了目前发动机整机振动控制技术存在的问题,提出了未来工作发展的思路     

接触问题形状优化的边界元法及其工程应用

提出一种用边界元法对平面弹性接触问题进行形状优化的设计分析方法。讨论了平面接触问题形状优化中设计变量的选取、形状描述的方法以及目标函数和约束条件的确定,进行了灵敏度和形状优化的算例考核,并对航空发动机枞树形榫头／榫槽进行了形状优化设计的应用分析。     

风扇/增压级转子平衡转速计算模型的构建与应用

针对航空发动机风扇/增压级转子平衡工艺规划过程中平衡转速设定的问题,通过考虑叶片榫槽间隙、平衡设备性能和 转子气动扭矩等因素,构建风扇/增压级转子平衡转速计算模型。将某型发动机风扇/增压级转子的结构及性能参数带入模型,计 算得到转子的平衡转速,并与国外相似型号转子的平衡转速进行了比较。结果表明：通过模型计算得到的转子平衡转速为685 r/ min,与国外相似型号转子的平衡转速基本一致,并且满足该型风扇/增压级转子的实际平衡需求。该平衡转速计算模型已经成功 应用到风扇/增压级转子平衡的设计和工艺文件中,提升了风扇/增压级转子平衡工艺的正向设计能力。     

基于转子初始不平衡量控制的整机振动排故方法

针对某型航空发动机试车低压振动超限问题,结合发动机的结构特点,进行了故障分析。通过改进转子的平衡工艺,提出了控制转子初始不平衡量从而抑制发动机临界转速振动大的排故方法,再次试车时发现振动水平良好。结果表明排故方法有效,对今后发动机装配和整机振动排故具有重要的参考价值。     

基于叶尖定时技术分析叶片非整阶次振动

介绍了非接触叶尖定时技术分析航空发动机转子叶片非整阶次振动,通过数值仿真结果与实测结果对比,验证了相关分析方法可有效的分析叶片非整阶次振动。详细介绍了某发动机台架试车转子叶片非整阶次振动测量实例。     

含裂纹叶片的失谐叶盘对航空发动机振动特性的影响

某型航空发动机装配有含裂纹叶片的失谐叶盘,基于该型发动机的性能试验,对其排气机匣振动数据进行分析,研究叶盘失谐对发动机转子动力学特性的影响.主要对比了叶盘裂纹长度与整机振动特性的关系,证明了裂纹不仅改变整机振动频率的成分组成,同时,主要频率成分的振动幅值也有较大增加.然而,当裂纹长度比小于0.3,整机振动对叶盘失谐并不敏感,这一论断为在发动机试验中及时判断叶片裂纹故障提供支持.