取样探针流动参数对燃气组分误差影响的数值仿真

燃气组分精准取样是航空发动机燃烧室性能试验分析的关键因素。为了研究燃气取样探针在取样时带来的组分误差及其影响,在取样气体化学反应冻结的基础上,采用组分输运模型结合流固耦合传热的数值仿真方法,构建了3维探针多组分燃气流流动特性求解模型,分析了在不同余气系数下,由取样探针内部流动参数变化引起的燃气组分体积分数误差及其带来的燃烧效率误差影响。结果表明：探针流动参数变化会引起2%以上的相对取样误差。当余气系数为1.14时,CO₂相对取样误差为2.35%,CO相对取样误差为2.34%;当余气系数为2.06时,CO₂相对取样误差为2.04%。在低余气系数环境下取样时,燃气组分取样精度降低,取样误差对燃烧效率误差的影响超过0.1%;随着余气系数的提高,燃气组分取样精度提高,不完全燃烧产物减少,此时取样误差对燃烧效率误差影响可以忽略。     

TC4钛合金扩散焊接头的力学性能

在温度为910℃,压力为3.4MPa条件下对TC4钛合金板材进行了扩散焊接,对获得的扩散焊接头取样进行金相观察,仅在接近接头表面材料深度为1mm范围内发现未焊合缺陷,其余部分焊合较好,表明在给定工艺下可获得质量良好的焊接头.随后对TC4扩散焊接头的力学性能进行了试验研究,分别开展了静拉伸试验、断裂韧性试验及焊缝附近区域的纳米压痕试验.试验结果表明,所制得的TC4扩散焊接头屈服强度为887MPa,抗拉强度为948MPa,断裂韧性为101.9MPa·m1/2,均与原材料的性能相差不大.纳米压痕试验的结果显示,接头焊缝区和母材区的显微弹性模量分别为180.2GPa和178.0GPa.      

取样密度对燃烧室试验测量结果的影响

在航空发动机和燃气轮机燃烧室部件试验中,取样密度会对燃烧室出口温度测量结果产生影响,如果取样密度过小,会造成燃烧室出口温度测量值与"实际值"之间偏离度过大。基于此,对3种燃烧室的试验数据进行了分析。同时将试验采集到的"高取样密度"的原始数据沿圆周方向进行均匀"拆分","拆分后"得到不同密度的"低取样密度"数据,将该数据与原始"高取样密度"试验数据的分析结果进行了对比,得出了取样密度与测量偏离度之间的关系,并给出了满足工程研制需要的取样密度。     

金属材料分析化学用试样取样方法标准的制定

对制定金属材料分析化学用试样取样标准的必要性作了论述,概述了当前国内外这方面取样方法标准的状况;介绍了反映我国航空工业特点的HB/Z205—91《钢和高温合金化学分析用试样的取样规范》、HB/Z206—91《钢和高温合金光谱分析用试样的取样规范》、HB/Z207—91《有色金属材料化学分析用试样的取样规范》、HB/Z208—91《有色金属材料光谱分析用试样的取样规范》、HB/Z209—91《金属材料气体分析用试样的取样规范》五项航标的特点及主要内容。     

燃气取样管的流动特性试验研究

本文叙述了燃气取样管的等流动特性的基本原理及等流动状态控制和应用的基本方法。通过对四种不同结构的燃气取样管的试验研究，获得了取样管流动特性的基本关系。     

谈谈表面粗糙度比较样块的外形尺寸

国家检定规程JJG102－89规定了表面粗糙度比较样块的制造要求及其检定方法，其中第三条规定了样块的外形尺寸与轮廓算术平均偏差Ra值有关，没有考虑到取样长度和评定长度，给样块的实际检定带来了一些麻烦。JJG102－89规定：检定比较样块时评定长度为五个取样长度。现在常用的电动轮廓仪（如TALYSURF6型）也是按五个取样长度设计的。由于触头要先运动一个取样长度才能正式采集数据，采样完毕之后还需再运动一个取样长度。因而，其测量长度为七个取样长度。再加上触头后面的基准块长度，这就要求样块的尺寸必须超过七个取样长度以上，…     

高焓超声速气体取样分析

对取样探针内的流场进行了一维分析,证明气流中的化学反应能够被成功冻结。建立了取样分析系统,并对其进行了密封性校核。利用该系统对燃烧室尾气进行了取样以及色谱成分分析,进而推算了燃烧效率,得到的结果与实验观察以及燃烧室壁面静压测量结果相吻合。     

超燃冲压发动机燃气取样探针设计与试验验证

燃气取样探针作为超燃冲压发动机燃气分析系统的关键部件,决定了超声速环境中燃气取样的代表性。根据超燃冲压发动机试验条件,基于燃气取样探针理论分析,利用结构设计和流场分析相结合的方式,完成了一支6点取样探针的设计,并在燃气发生器出口超声速环境下开展了校核试验。流场分析表明探针内部结构能够实现化学反应冻结。空气校核试验测量的氧气含量与理论值吻合,偏差小于1%;燃料校核试验测量了燃气发生器出口超声速气流中的氧气、一氧化碳和二氧化碳,其结果在一定程度上反映了燃烧室流场的空间分布。预估燃气发生器的燃烧效率约为83%。     

取样长度和采样点数对分维值的影响

在研究分形几何理论的基础上,以不同的取样长度和采样点数,对大量的机加工粗糙表面进行了测量。结果表明;传统的粗糙度评定参数Ｒα依赖于取样长度;而分形维数Ｄ则是表征表面的固有参数,与取样长度无关,虽然受采样点数的影响,但当采样点数足够多时,Ｄ值将趋于稳定。     

加力燃烧室试验燃气分析取样探针设计与验证

为了满足航空发动机加力燃烧室高温低压环境下燃气分析测试对取样探针的应用要求,设计了一种双层冷却腔结构的混合取样探针,采用增材制造技术加工成型,通过试验和数值模拟,对其取样性能进行了验证和分析。研究结果表明：内、外腔分别采用空气和水作为冷却介质,可获得满足标准要求的样气,燃烧性能测试结果满足工程应用需求;探针取样性能与流场环境参数存在较强的线性相关性,其中压力影响最大,采用多元线性最佳子集回归分析方法获得的多个拟合方程拟合偏差最大不超过4%,可用于一定范围内该类探针取样性能的预测;本文采用的取样探针流-固热耦合数值模拟方法可信度较高,各性能参数计算误差在8%以内,可辅助探针流动与换热结构设计。     

涡轮叶片小尺寸试样取样及高温疲劳试验夹持方法

针对服役涡轮叶片的疲劳性能及寿命评估问题,发展了一种适用于含薄壁和内冷通道等复杂结构特征涡轮叶片的小尺 寸试样取样技术及小试样的高温疲劳试验夹持方法。应用该方法对不同大修间隔的某型航空发动机第1级高压转子涡轮叶片进 行了取样,对叶片取样小尺寸试样在850 ℃下开展疲劳试验。试验结果表明：所发展的复杂构型涡轮叶片取样技术和小尺寸试样 高温疲劳夹持方法能够有效应用于该型服役发动机高压涡轮叶片的取样疲劳性能试验;真实服役的涡轮叶片小试样的疲劳性能 与标准热处理状态合金的相比出现了劣化,并且随着服役时间的延长劣化程度加剧,寿命降缩短例最大超过90%;服役涡轮叶片 取样小试样的疲劳裂纹主要萌生于表面和亚表面的缺陷,共晶组织和碳化物是服役涡轮叶片裂纹萌生的危险位置。     

高压燃烧试验中气体污染物的测量

在某发动机燃烧室的工作范围内,对排气污染物进行了测量研究,所测污染物包括一氧化碳（CO）,未燃碳氢物（UHC）,氮氧化物（NOx)与冒烟（SN）.测量程序按美国SAE制订的ARP1256A和ARP1179A两文件进行。由于该燃烧室内的高温（1700K）,高压（4．0MPa),对燃气取样和取样系统必须作特殊考虑,设计的取样感砂和取样系统所测得的污染物数据和燃烧效率,与其它类似燃烧室对比,完全符合规律。     

暂冲式燃气取样系统设计与验证

针对超燃冲压发动机燃烧室综合性能的测试需求,从取样探针、系统管路及附件选型、测控方案等角度设计了一套六点暂冲式燃气取样系统,成功实现了燃气发生器出口2.0 s和发动机燃烧室出口1.4 s取样。分别测量了燃气发生器出口测量截面Ⅰ和发动机燃烧室出口测量截面Ⅱ的O_2、CO、CO_2含量,并采用理论温升法推算燃烧室出口温度约为2 121 K。基于暂冲式燃气取样分析,为评估超燃冲压发动机燃烧室性能提供了新的研究思路。     

槽液分析的质量管理提升研究

鉴于槽液分析在电镀车间的重要性,结合槽液分析取样检测、定量分析、操作繁琐和方法多样的特点,指出了在实际工作中槽液分析常出现的问题：分析人员操作失误、取样不规范、分析试液管理不当、新方法普及不够和缺少过程记录。并以此制定了采用双人分析制度、明确取样要求、规范分析试液的制备、加强槽液分析的知识管理和分析结果的计算及评价等控制措施,以保证槽液分析过程可控,结果真实有效。     

AZ31B镁合金TIG焊接头的热碾压力学改性实验研究

为探索镁合金焊接接头的力学性能改性方法,以母材金属同材质丝材为填充材料,对AZ31B板材进行TIG对接焊,然后在高温拉伸试验机上将对接取样用专门制作的陶瓷电加热装置加热至350℃进行接头区域热碾压试验。将焊态及经热碾压的对接焊取样加工成拉伸试样测试其常温力学性能,同时对焊接接头进行金相分析,借助扫描电镜及其附带能谱仪对拉伸断口作微观形貌和微区成分分析。结果表明,经热碾压后,TIG焊接头的抗拉强度可达到母材金属的90%,伸长率也有明显的改善;热碾压可有效改变β-Mg17Al12析出相在焊缝α-Mg基体组织晶界的连续网状分布态,使其重新固溶后在晶内以弥散质点态析出进而造成弥散强化效应;同时热碾压又能促使铸态焊缝发生动态再结晶从而使微观组织得以重构及细化。     

测试定向有机玻璃层间剪切强度的影响因素分析

分析了试验速率、试样厚度、取样方向等测试因素对定向有机玻璃层间剪切强度的影响。结果表明,剪切速度越高,剪切强度越大,剪切速度为1～5mm/min时,试样为纯剪切破断,试验过程平稳、易控制;试样越薄,剪切状态越好,试样厚度超过10mm时应从一侧铣至10mm;在双轴拉伸的定向有机玻璃上取样,取样方向不影响试样的层间剪切状态。     

疲劳试件的制备及机械零构件疲劳强度估算

介绍疲劳试件取样应注意的问题和不同试件的取样方法，以及机械零构件疲劳强度的估算。     

燃气分析法测试燃气轮机主燃烧室燃烧效率、气态污染物误差分析

介绍了测量燃气涡轮发动机主燃烧室燃烧效率、气态污染物排放的燃气分析系统,从取样、摆动测量方式、过程温度控制、仪器测量4方面分析了燃烧效率、气态污染物的误差.结果表明:采用混合式取样器以摆动测量方式得到的燃烧效率误差在0.21%以内,余气系数的误差在1.11％以内,气态污染物误差在2.24%以内.此外还对燃烧室不同工况下的燃烧效率和污染物组分体积分数分布进行了统计分析,确认了除较高油气比状态的燃烧效率分布较为均匀,可适当减少取样点数量外,足够的取样点数量是保证燃气分析测试结果准确性的必要条件.      

油气比对燃气分析法燃烧效率、气态污染物测试精度的影响

在燃气分析单点测试偏差的基础上,针对燃气轮机、主燃烧室及加力燃烧室目前采用的取样方式的现状,建立了燃气分析法和流量法的油气比偏差对燃烧效率和气态污染物测试精度的影响规律。结果表明:对于采用移位机构进行测量的主燃烧室,流量法和燃气分析法油气比相差在5.1%以内时,说明有足够的测点密度,数据有效,此时的燃烧效率精度优于0.5%;对于加力燃烧室和整机测试,由于取样点不足,油气比偏差较大,燃烧效率的精度还取决于油气比和CO的体积分数。保证足够的取样点密度是燃气分析测试结果具有较高精度的前提。      

IC10合金涡轮叶片叶身不同部位取样的力学性能试验

为评估服役前IC10合金涡轮叶片不同部位的真实材料力学性能，与《航空发动机设计用材料数据手册》中采用标准试 棒获得的性能数据进行对比。在选取的新叶片的叶身尾缘、叶背和叶盆处沿叶高方向完成小尺寸的工字形试验件取样，通过优化 设计的工装在保证加载同轴度和安装一致性的基础上进行单轴加载试验，即900℃拉伸试验以及900℃、342/374 MPa的持久寿命 试验。试验结果表明：试样均在平行段断裂，符合试验设计要求；相比于手册中标准试棒的测试数据，试样的抗拉强度下降约 20%，持久寿命缩短达76%～85%；不同叶身部位的原始组织形貌相似，试样性能差别不大；应力提高会导致取样的持久寿命明显 降低，其中盆侧取样的降低幅度最大，约64%。相比于标准试棒，叶身的本体取样兼具了铸造叶片的晶体取向和薄壁特征，在一定 程度上可以真实反映叶片的力学性能，为客观评价IC10合金涡轮叶片材料力学性能奠定了基础。