单晶涡轮叶片高能束修复研究进展

单晶涡轮叶片高能束增材再制造是修复磨损、烧蚀和裂纹等损伤缺陷的主要方式,是航空发动机热端部件特种加工领域最具挑战性的工作之一,其中蕴含的外延生长组织接续与调控机制、内部冶金缺陷控制等科学问题和关键工艺尚未完全突破。梳理了熔焊熔池内凝固组织定向生长的理论发展,基于已有的枝晶异质形核和异向生长理论,构建了单晶高能束修复的基础原理框架;详细分析了“修复工艺-熔池特性-凝固组织”之间的内在关联,提出了保持单晶连续稳定生长的工艺调控准则和熔池监控方法;总结了修复区γ′相等微观组织以及热裂纹、气孔等冶金缺陷的演化规律和调控手段,凝练了单晶修复面临的主要挑战。此外,介绍了航空发动机热端部件再制造领域相关的国外重大研究计划,并对今后研究方向和发展趋势进行总结和展望。     

石墨烯涂层在某型航空发动机高涡叶片中的应用

某型航空发动机高压涡轮叶片长期服役后,其前缘处易产生烧蚀脱落现象,严重影响发动机的后续可靠使用.为改善高涡叶片前缘烧蚀问题,通过吹砂、喷涂及烧结等方式在叶片前缘处涂覆石墨烯涂层以作应用研究,结果表明:叶片石墨烯涂层厚度均匀,组织致密,富含ZrO2和Cr2O3,其相关力学、热学性能满足使用要求,经长试后发现石墨烯涂层对叶...     

CFM56-7B发动机高压涡轮叶片疲劳寿命预测

基于CFM56-7B发动机运行产生的QAR数据,通过建立模型、确立边界条件、有限元软件仿真,在最大起飞功率状态下完成了高压涡轮叶片温度场以及应力、应变场的计算.考虑到实际叶片在多轴非比例循环载荷下工作,选用SWT模型作为疲劳寿命的预测模型,得到叶片的疲劳寿命.结果表明,仿真计算得到的叶片疲劳寿命为14778个循环,与实...     

转速对特斯拉涡轮性能影响的数值模拟研究

为了研究转速对特斯拉涡轮内流场的影响,通过数值模拟方法分析不同转速下的流场结构特点及总体性能参数,得出盘腔内高半径位置静压高,低半径位置静压低;随着转速的增大,压力整体上升,同时内外半径的压差增大;转速对盘腔内的流场结构影响较小,盘腔内大部分区域气体的切向速度高于圆盘的旋转速度,随着转速增大,气体的切向速度和圆盘的旋转...     

涡轴发动机涡轮过渡段环形叶栅试验验证

本文以涡轴发动机涡轮过渡段(ITD)为研究对象,进行了环形叶栅试验,获取了过渡段在-15°～15°迎角下过渡段的损失特性.试验结果表明,总压损失随着马赫数的增加而增加,且呈二次曲线关系.在进口迎角为-5°～0°时,涡轮过渡段总压损失最低,在正迎角时,涡轮过渡段总压损失较大,且偏离支板倾斜方向越大,损失越大.试验同时获得...     

无转速同步条件下转子叶片非接触振动测试方法研究

针对非接触振动测试系统中转速基准信号无法安装或容易失效的问题,提出了无转速同步条件下的转子叶片非接触振动测试方法,利用光纤传感器测试叶片脉冲信号实现振动识别和转速获取.在临界转速试验器上,进行了无转速同步条件下的模拟转子叶片非接触振动测试,并将测试结果分别与应变片测试结果、光纤传感器实现转速同步的叶片非接触振动测试系统...     

增材制造钛铝合金研究进展

钛铝合金具有轻质、高强、耐高温等优异特性,在航空领域,特别是在航空发动机涡轮叶片上具有重要应用价值。然而,钛铝合金的室温脆性大、热变形能力低,使得采用传统的锻造、精密铸造、粉末冶金等技术均难以制造具有复杂形状,特别是具有内部空腔结构的钛铝合金叶片,限制了其性能的进一步提升。增材制造技术能够突破形状的制约,有望发展成为制造钛铝合金复杂结构零部件的新技术。目前,应用于钛铝合金的增材制造技术主要有电子束选区熔化、选区激光熔化和激光金属沉积。本文调研了增材制造钛铝合金领域2010~2020年的文献,对上述3类增材制造技术的原理和特性、所使用合金粉末的特性、打印构件的相组成、组织形貌和热处理工艺、宏观和微观力学性能及其在航空领域的应用等研究进行了对比分析和评述,并对增材制造钛铝合金发展中所存在的问题及下一步研发重点进行了总结和探讨。     

基于双向测量的转子真实不平衡响应分析技术

针对航空发动机等复杂转子机械,部分转子系统中基频振动往往不只受到不平衡一种因素的影响,还可能受到同频干扰振动的影响,导致实际测量的转子基频振动不能准确反映转子不平衡量的问题,通过地面转子实验台试验及理论分析等方式,探究了同频干扰振动对转子不平衡测量结果的影响,建立了一种基于双向测量的转子真实不平衡响应分析技术.利用不同...     

机动飞行条件下双转子系统动力学建模与响应分析

考虑航空发动机双转子中介轴承的耦合作用及陀螺力矩的影响,利用Lagrange方程建立了机动飞行条件下双转子-滚动轴承支承耦合系统动力学模型,对耦合双转子系统的动力学特性进行了理论与实验研究.结果表明:随着内外转子转速比增大,高压转子振动幅值减小,分岔点处转速增大,最大增幅近67.49%.机动飞行使转子的振动响应幅值增大,出现较多分频.在跃升和横滚飞行姿态下,高压转子响应主要表现为:随着跃升速度增加,高压转子振动幅值明显增加,最大增幅近409.24%,分岔点对应的速度增大;在横滚速度增大时,转子振动特性主要表现为从复杂的运动形态变换到单周期运动形态,转子的振动幅值明显增加.利用基础运动双转子模型实验台对跃升和横滚两种飞行姿态下耦合双转子系统的部分动力学特性进行了实验研究,实验结果与数值模拟结果有较好的一致性,证明了计算结果的正确性.      

转子振动对T型交错式迷宫密封性能影响

为了改善传统交错式迷宫密封容易产生气流激振并导致转子失稳,对密封结构进行改造,提出了一种可以平衡气流激振力的T型交错式迷宫密封。考虑转子振动,三种转速(18,24与30kr/min)以及三种压差(0.2,0.3与0.4MPa),对直通式、交错式迷宫密封以及T型交错式迷宫密封进行数值计算。结果表明,在相同齿顶间隙的条件下,交错式迷宫密封的泄漏量较T型交错式迷宫密封减小约8%较直通式迷宫密封减小约32%。通过对比三种密封流场所产生的气体作用力之间的差异,得出T型交错式迷宫密封的优势在于扩大了Lomakin效应,增强了交错式迷宫密封的稳定性,同时实现了高封严效率与较高稳定性。