电子束物理气相沉积叶片热障涂层工艺稳定性提升技术研究

电子束物理气相沉积（EB–PVD）是航空发动机涡轮叶片涂层的先进制备技术。EB–PVD的工艺稳定性对于叶片涂层质量及批产一致性至关重要。本研究针对我国先进航空发动机对高性能热障涂层的应用需求,研制出了EB–PVD自动蒸发沉积技术和叶片多自由度涂层沉积技术。工艺验证和性能测试结果表明,所研制的自动蒸发沉积技术可使涂层过程靶材消耗均匀稳定,涂层质量良好;双坩埚结构配置可进一步满足新一代超高温双层结构热障涂层工艺需求。所研制的多自由度沉积技术有助于提升叶片涂层厚度均匀性,改善缘板涂层质量,实现涂层厚度和微观组织的精确调控。利用上述工艺制备的涂层试片抗燃气热冲击性能优异,模拟叶片缘板位置涂层寿命与模拟叶身位置涂层寿命相近。     

自贡机场冬季低能见度特征统计分析

利用2018～2020年12～2月自贡机场地面自动观测系统数据及人工整点观测能见度资料,运用统计分析方法,对低能见度的年、月日数,时次频率及持续时间特征进行分析总结。结果表明:低能见度日数年变化总体呈现先增后减特征,月变化基本为递减趋势;各时次低能见度出现频率中,08～16时出现频率持续减小,16时～次日08时持续增大,在08～19时的日常飞行时段内,低能见度出现频率约为33.2%～37.3%;低能见度与持续时间呈现线性关系,表现为能见度越低其持续时间越长,平均持续时间在2～5 h,低能见度在不同时间段的持续时间均相对集中在1～2 h和2～4 h。     

航天器介质盘环结构内带电特性三维仿真分析

针对航天器内特定结构的内带电（IDC）问题,以航天器典型复杂介质结构——太阳帆板驱动机构介质盘环为研究对象,开展了地球同步轨道恶劣充电环境（Flumic3）下介质内带电三维仿真分析。通过Geant4实现电荷输运模拟,根据电荷守恒定律数值计算得到电场,在此基础上,研究了屏蔽厚度对介质内带电的影响规律,提出了根据屏蔽厚度调整入射电子能谱能量下限以提高计算效率的方法。仿真结果表明,盘环结构内带电最严重部位是盘环最外圈上层介质与金属导电环接触的上边沿;增加屏蔽厚度可以减缓充电风险,但是随着温度降低,屏蔽效果会随之减弱。在地球同步轨道恶劣充电环境（Flumic3）下,当温度低至183 K时,由于辐射诱导电导率成为总电导率的主导部分,从而增大屏蔽的同时也会降低介质电导率,导致即使3 mm铝屏蔽下仍可能出现接近10⁷ V/m的场强峰值。     

前缘侵蚀对风扇转子叶片气动特性的影响机理

以某小型大涵道比涡扇发动机风扇转子作为研究目标,数值模拟了航空发动机风扇转子叶片在航线运行过程中受到侵蚀效应后的气动特性衰变情况,为后续的精细化维修奠定理论基础。风扇转子叶片侵蚀后,叶片前缘将逐步蜕变为钝头叶型并且伴随有明显的表面粗糙度。为了简化研究,假设侵蚀后的转子叶片前缘粗糙度均匀分布,分别计算了前缘粗糙度为120 μm、250 μm两种前缘侵蚀程度下的风扇转子特性。研究结果表明,风扇转子峰值效率相比于原型叶片依次下降了1.63%和2.39%。当前缘粗糙度为250 μm时,风扇转子叶片吸力面前缘近壁面极限流线有分离迹线产生,出口平均马赫数下降2.03%。     

基于CFD结果的轴流压气机附面层堵塞计算方法

为研究轴流压气机附面层堵塞计算方法,提出一种基于计算流体力学结果自动提取附面层厚度的多参数组合方法,该方法整合了多种附面层判断准则,可有效避免单参数判断准则的局限性。通过多个算例,包括二维平板、多级轴流压气机端壁、进口导流叶片以及带有分离区的静子叶片等,对该多参数判断准则进行了检验。结果表明,此附面层提取方法具有很好的有效性和普适性。该研究建立了多级轴流压气机中端壁堵塞从高维向低维模型的反馈,为压气机设计体系改进提供了更多可能。     

基于零厚度内聚力单元单向碳纤维增强树脂基复合材料微观切削机理研究

为探究碳纤维复合材料(CFRP)微观切削机理,通过有限元法,采用零厚度内聚力单元模拟界面相,碳纤维建模呈圆柱状并随机分布于基体中,以此来真实反应CFRP的微观结构。通过对各组成相设置不同的材料本构、材料失效和演化准则,对4种典型角度(0°、45°、90°、135°)进行直角切削仿真,探究不同纤维角度下单向碳纤维增强树脂基复合材料(UD-CFRP)在切削过程中的微观切削机理。结果表明:不同纤维角度下CFRP的微观破坏形式不同,切削0°CFRP时破坏主要以界面开裂和纤维折断为主,切削45°和90°CFRP时主要是刀具的侵入破坏,切削135°CFRP时则发生纤维的断裂和沿纤维方向的裂纹,纤维断裂点在刀刃下方。最后,通过实验验证了微观模型的准确性。     

航天器流体回路工质与材料相容性试验研究

文章针对航天器流体回路工质与材料相容性的研究需求,对材料与工质全氟三乙胺的相容性进行试验分析,系统表征了试验前后工质的外观、酸值、馏出物体积分数、运动黏度、主成分含量等特性,同时测试了金属材料试验前后的质量变化、腐蚀速率、微观形貌,以及非金属材料试验前后的力学性能、质量变化,对测试结果进行了综合分析。结果表明铝合金5A06、7A04、1035以及不锈钢316L、钛合金TC11、聚酰亚胺/二硫化钼/聚四氟乙烯模压复合材料、氮化硅与工质全氟三乙胺为I级相容,可为航天器流体回路相容性设计与使用提供参考。     

基于ISIGHT/NASTRAN的机翼翼梁的结构优化设计

在满足机翼强度要求的情况下,集成ISIGHT/NASTRAN对机翼翼梁进行结构优化设计。在结构优化中以结构质量为目标,腹板MISES应力、缘条轴向应力以及缘条最大最小BEAM单元应力为约束,重点考虑主传力元件翼梁的腹板厚度和对应缘条的截面尺寸。在给出机翼有限元模型加载时采用自编的PCL语言将气动力等效到附近节点上。优化后两梁的质量为8.207 kg,相比优化前两梁质量10.07 kg减少了18.5%,明显地减少了两梁的耗材,并且优化结果满足强度要求。     

基于卡尔曼滤波-遗传算法的航空发动机性能诊断

以某型涡扇发动机为研究对象,提出了基于卡尔曼滤波器和遗传算法的航空发动机性能诊断方法.根据发动机可测参数偏离额定特性时的变化量,利用卡尔曼滤波器对发动机性能参数进行了估计.当传感器存在测量偏差时,会使滤波器估计结果偏离真实情况.遗传算法以机载模型输出与发动机测量参数之间的误差最小为目标,通过优化计算,找出了存在测量偏差的传感器,确定其偏差,并最终消除了测量偏差对性能诊断的影响.     

中间层厚度对P／MTC4-GCr15扩散焊接头强度的影响

采用不同厚度的电镀镍作为中间层,在900℃、4 h和150 MPa压力的热等静压条件下,使用TCA预合金粉末和GCr15轴承钢制备了钛钢扩散焊接头.利用光学显微镜、扫描电镜、XRD和机械拉伸对接头进行了测试和分析.结果表明:当没有添加中间层时,接头的强度达到了564 MPa;当添加了中间层且中间层的厚度为150μm时,接头的强度最高,为502 MPa.中间层过厚或者过薄,都会导致接头强度的下降.