GE的复合材料发展战略

在不断追求低油耗、环保品质和经济可承受性的背景下,GE将复合材料技术作为其发动机产品的关键技术之一,致力于树脂基复合材料、金属基复合材料和陶瓷基复合材料在军民用航空发动机上的应用。     

热处理前后包覆Co及Co/Fe碳纳米管电磁性能的研究

表面包覆金属Co及Co-Fe多壁碳纳米管是一种比重较轻的电磁吸收剂,通过对包覆金属Co及Co/Fe的多壁碳纳米管进行700℃下的热处理,研究了对其电磁性能的影响。分别采用场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)、X射线能谱仪(EDX)和X-射线衍射仪(XRD)对包覆Co和Co/Fe碳纳米管表面组成和结构进行了表征;用网络矢量分析仪和振动样品磁强计(VSM)对Co和Co/Fe包覆的碳纳米管的电磁性能进行了测试,并通过计算分析了其微波吸收性能。结果表明热处理能改善包覆Co和Co/Fe的碳管在高频范围的微波吸收性能,并提高其饱和磁化强度,降低矫顽力。     

基于飞/发一体化的涡轮冲压组合发动机概念方案设计

建立了飞/发一体化约束分析与任务分析模型,形成了由飞行器指标参数到发动机推力需求的概念设计方法。基于某超声速飞行器的设计指标,开展了飞/发一体化分析,确定了满足任务约束的飞行器总重和发动机推力需求,初步确定了发动机的技术方案,并基于飞/发一体化分析方法,对飞行器的任务轨迹、组合发动机模态转换马赫数和超级燃烧室尺寸进行了优化,可为后续组合发动机总体方案设计提供明确牵引。     

周向平均方法在某风扇/增压级分析中的应用简

 通过对三维（3D）Navier-Stokes方程进行周向平均,得到了通流模型的控制方程,对其采用时间推进有限体积方法进行数值求解。为实现风扇/增压级在设计初期的快速性能评估,考察了周向平均方法在风扇/增压级分析中的准确性。分别利用NUMECA三维数值模拟软件和周向平均通流模型（CAM）对某高通流风扇/增压级进行了性能分析,从对比结果来看,周向平均通流模型在近设计点给出了与三维数值模拟十分接近的特性参数,最大误差不超过2.0%。在风扇转子中,由于周向平均通流模型能捕获通道激波,其物理本质与三维平均结果有所区别,因此径向参数分布与三维有所差异。而在亚声速流动下的增压级及外涵道各叶片排出口参数的径向分布与三维数值模拟结果都能很好地吻合。     

环形编织层板冲击包容数值模拟

为分析航空发动机复合材料机匣对破断叶片的包容,采用有限元仿真方法开展了计算研究。通过旋转体与机匣冲击破坏过程的计算,确定机匣的包容能力。基于具备显式求解功能的商用有限元软件Abaqus/Explicit,采用3维实体单元网格,将2维3轴编织的碳纤维层合材料简化成连续的正交各向异性材料,通过软件提供的Vumat用户子程序接口编写Fortran代码定义材料模型,计算与转轴分离后的模拟断裂叶片对机匣的冲击过程。通过冲击后的临界转速和能量吸收数据,比较了模拟计算与实物旋转冲击模拟试验的结果,二者具有较大的可比性。虽然计算中还缺乏材料基本性能表征的理想数据,但在多种工况下仿真计算表明模拟结果稳定,有望成为复合材料包容分析实用有效的方法。     

解耦N-S/DSMC方法计算推力器真空羽流的边界条件研究

准确模拟羽流流场是合理评估空间推力器真空羽流效应的基础。因羽流流场同时包含连续和稀薄两种流动机理,通常采用解耦方式的Navier-Stokes(N-S)方程和直接模拟蒙特卡罗(DSMC)混合方法对其进行模拟。为保证解耦N-S/DSMC方法应用于羽流计算时的准确性并尽量提高其计算效率,对计算中的DSMC入口和喷管壁面等边界条件设置问题开展了研究。通过与文献中低总压工况的羽流试验数据比较,确定了合理设置DSMC入口边界位置、壁面反射类型、壁温等边界条件的方法。针对将此方法应用于实际推力器工况计算时效率过低的问题,通过多种数值试验,表明从喷管出口处开始沿KnGL为0.05的等值线作为DSMC入口界面可同时保证仿真精度和较高的计算效率;并证明实际工况下壁温设置对羽流场仿真结果影响不大。     

湿热环境对T700/5429 弯曲和面内压缩强度的影响

用热压罐法制备了单向碳纤维增强双马来酰亚胺树脂基( T700/5429)复合材料层压板.在45、85℃水浴的湿热环境下,对层压板进行了90 d的浸泡,测试了浸泡前后的红外吸收光谱、吸湿率、弯曲和面内压缩强度.结果表明:浸泡90 d后树脂基体未出现新的吸收峰;其吸湿率变化是扩散行为并可用菲克扩散定律描述;其弯曲和面内压缩强度随浸泡时间的变化是非线性的,即分形的,其中弯曲强度变化的分形维数45℃时为1.10、85℃时为1.07,面内压缩强度变化的分形维数45℃时为1.04、85℃时为1.05,说明复合材料弯曲强度和面内压缩强度随浸泡时间的变化具有一定的复杂性.     

含分层损伤复合材料层合板振动特性

针对复合材料层合板分层损伤区域上、下子板的畸变模态,采用自定义矩阵单元模拟其损伤区的接触刚度,建立了一种合理的层合板分层损伤有限元振动分析模型;在此基础上研究了分层深度和分层大小对复合材料层合板振动特性的影响.数值模拟结果与实验结果的对比表明:采用的自定义矩阵单元可以有效地模拟层合板的分层损伤,模态计算值与实验值的最大误差为10.67%,最小误差为0.34%;分层深度和分层大小对复合材料层合板振动特性有较大影响,随分层深度变化,固有频率最多下降50%;随分层大小变化,前4阶固有频率最多下降12%.      

复合材料层合板的开口补强研究进展

复合材料在航空结构中的应用越来越广,在复合材料层合板上开口对其结构力学性能的影响需引起研究人员的重视。针对国内外近十年来的研究工作,系统地回顾了复合材料层合板的开口力学性能及补强设计方法的研究进展,从开口区域应力集中、开口层板稳定性研究、失效模式及补强方法等方面做了阐述;并对未来含有开口的复合材料结构设计的研究提出了一些建议。     

宽温域连续润滑的Ni3 Al 基自润滑复合材料

报道了一种从室温到1 000℃能够连续润滑的Ni3Al基自润滑复合材料.该材料选用高温强度和抗氧化性优异的Ni3Al金属间化合物为基体材料,利用多种高、低温固体润滑剂的复合和协同效应实现了宽温域连续润滑.本文介绍了利用真空热压烧结方法制备该自润滑复合材料的简要过程,研究了材料的高温力学性能,并在球盘式高温摩擦试验机(HT-1000型)和销盘式高速摩擦试验机上分别测试了不同温度和转速下Ni3Al基自润滑复合材料的摩擦磨损性能.结果表明,材料在1 000℃时具有优异的力学性能(压缩强度40～45 MPa)和自润滑性能(摩擦因数0.28 ～0.25),在高载和高速条件下具有稳定的更低的摩擦因数.