航空发动机叶片再制造技术的应用及其发展趋势

围绕2类航空发动机典型缺陷(损伤类缺陷和附着类缺陷),分析增材再制造和减材再制造在航空发动机叶片再制造领域的应用及其所达到的效果。以航空发动机叶片再制造效果和再制造成本为评价指标,总结激光熔覆、焊接等增材再制造技术和水基液清洗、机械物理方法等减材再制造技术的原理、优缺点,阐述航空发动机叶片再制造的发展趋势。      

航空发动机叶片动态监测技术

提出了一种铁磁性发动机壳体内叶片动态原位监测方法,该方法利用涡流检测方法监测铁磁性发动机叶片的个数、转速、损伤状态等。将两个磁极固定于铁磁性发动机壳体外表面,将涡流检测探头固定在磁极之间,叶片转动过程中,叶片的尖部划过表面附近涡流场,探头感生涡流信号传输至涡流检测仪。通过每分钟的涡流信号个数计算叶片转速;通过涡流检测信号的幅值,测算叶片与壳体内表面的间隙;通过信号幅值的不同,判断出叶尖表面的缺损;通过间隔时间出现不均匀的涡流信号,判断叶片弯曲或断裂。该方法可以解决铁磁性发动机壳体内叶片的安全监测难题。     

基于逆向工程的航空发动机叶片数字化建模

航空发动机叶片作为飞机发动机的关键部件之一,其修复质量的好坏直接影响着飞行安全。研究利用扫描获取的点云数据实现高压叶片面形数字化建模的方法。采用依曲率变步长的方法取得叶片的边界点,利用三次B样条曲线对边界点进行拟合得到发动机叶片的包络线,并利用该包络线和精简过的数据点云对发动机叶片进行数字化三维建模。建模结果表明,利用该方法建立出的发动机叶片模型具有良好的光顺性及精确性。     

钛合金高速变形过程中Johnson—Cook模型参数的确定与校验

涡轮叶片是飞机发动机最主要的结构件之一，长期工作在高温环境下，且承受转子高速旋转时叶片自身的离心力、气动力、热应力以及振动负荷。在实际使用过程中，若叶片发生断裂，会引起一系列灾难，其中最危险的情况就属具有很高动能的断裂叶片穿透发动机机匣，这样不仅会损坏发动机，而且会造成整个飞机受损。因此，发动机机匣在破裂叶片冲击之下的抗穿透性能是设计飞机涡轮发动机的关键参数。建立可靠、精确的抗穿透性能评价方法，是近年来全球飞机发动机工业的重要任务。     

航空发动机叶片残余型芯中子照相检测

空心涡轮叶片是航空发动机最重要的热端部件之一,叶片内腔若存在残余型芯将严重影响冷却效果,导致叶片过热而提前失效,对发动机造成致命损伤。常用无损检测方法由于检测范围无法覆盖完整叶片或检测灵敏度不足等原因,无法有效检出叶片内腔残芯。中子照相检测与X射线照相检测原理类似,但衰减特性迥异,使其检测叶片残余型芯成为可能。国外叶片制造企业自1970年代就开始采用中子照相技术检测叶片残芯,并建立企业标准;我国相关研究工作不足10 a,虽然目前已在某些发动机叶片上开展试验性应用,但缺少检测标准和中子源资源不足等问题亟待解决。     

航空发动机叶片数字化再制造方法研究

叶片作为航空发动机的关键部件,其数字化三维模型等核心技术资料一直由国外发动机厂商垄断。为获取航空发动机叶片的三维数字化模型,提出一种基于海量点云数据的叶片数字化模型重建方法。利用激光扫描仪获取的叶片点云数据;在点云数据预处理部分,进行点云对齐并合理精简;将点云数据截面转化为含有噪声的时域信号进行滤波,引入单树小波包分析方法,并通过坐标变换将其分割为叶盆面和叶背面;依据叶片的型面特点,采用不同方法对叶片截面边界进行拟合。反复上述过程,采用蒙面曲面的方法建立叶片数字化三维模型。实验结果表明,利用该方法建立的发动机叶片模型具有良好的光顺性和几何精度,明显提升了建模效率。     

叶片深根裂纹的原位超声波检测

航空发动机叶片在工作中要承受较高的离心负荷、气动负荷、高温和大气温差负荷以及振动的交变负荷,同时还要受风沙、潮湿的浸蚀,这些因素使叶片容易产生疲劳裂纹,疲劳裂纹扩展会引起叶片断裂并影响发动机的安全。发动机叶片在发动机的服役期间需要定期进行无损检测,但在叶片常规大修检测中经常需要对发动机进行拆卸、分解、检测和安装,所需检测周期长,费用高。通过超声波检测试验,解决了低压一级转子原位超声检测叶片深根部位裂纹的技术难题,为发动机叶片大修时的定期原位无损检测提供了方便、可靠的方法。     

航空发动机压气机叶片表面积垢行为∗

清除叶片积垢能够有效恢复压气机衰退的性能,不同的清洗剂对不同性质的积垢清洗效果不同,目前发动机在翼清洗是针对压气机前几级叶片积垢配制的清洗剂,对高压最后几级叶片积垢鲜有研究。 通过在返厂发动机压气机不同级的转子叶片上获取积垢样品,采用 SEM、EDS、XRD 等多重表征技术,研究叶片积垢的形成机理和性质。 结果表明,低压压气机叶片积垢主要是空气中含有的颗粒物与发动机产生的油气物质的混合物;高压第 1 级叶片积垢来源与低压相同,但在较高的温度作用下,部分有机物结焦积碳;高压最后 3 级高温合金叶片积垢主要来源于合金的高温氧化行为,主要是在合金抗氧化薄膜外层形成的以 Fe₂O₃ 为主要成分的氧化物。 研究了航空发动机典型压气机叶片积垢形成机理和性质,对于选择合适的清洗剂和清洗方法具有指导意义。     

涡流孔探装置的研制与应用

在飞机发动机叶片的原位探伤中，由于叶片处在不可视位置，很难进行探伤。常规孔探仪可对叶片进行目视检测，但只能发现宏观缺陷，无法检测微小缺陷及疲劳裂纹。涡流探伤法是飞机发动机叶片原位检测的理想方法。该方法不仅能进行宏观检测，也可检测叶片的疲劳裂纹。但由于叶片在发动机内，很难实施探伤操作，所以在探伤前，需要研制一种专用涡流孔探装置，     

基于楔横轧小余量制坯的叶片低成本精密成形技术研究

金属叶片是航空、航天发动机正常运转的关键部件,目前,锻造类叶片的成形方法一般是借助挤压+镦粗、自由锻或平锻的方法制坯,然后经过热模锻,从而最终成形。由于锻造类叶片的叶身薄、带扭角,且具有带榫头甚至阻尼凸台等特征,因此其预制坯的结构设计多为异形变截面,采用传统工艺制备预成形坯时。     

高速锤锻造成型的1Cr12Mo钢叶片的性能研究

对高速锤锻造的1Crl2Mo钢制鼓风机叶片进行了调质和锻造余热空冷淬火,测定了叶片的常温和低温力学性能,结果表明,经高速锤锻造的1Crl2Mo钢叶片的常温和低温力学性能均达到了鼓风机叶片的要求,而且叶片的组织比未经锻造的1Crl2Mo钢试样更加细小致密。     

导叶叶片数对多相混输泵内能量损失的影响北大核心

为了提高混输泵的做功性能,降低能量损失,在不同导叶叶片数下,对多相混输泵的外特性及其内部能量损失进行分析。结果表明:当导叶叶片数为10时混输泵的外特性明显比导叶叶片数为7和8时更差,且最高效率偏向小流量工况;不同流量下,导叶叶片数为8时混输泵叶轮内的收缩损失和湍流耗散损失最小,而导叶叶片数对导叶进口的冲击损失影响很小,可不考虑其影响;在所选3组导叶叶片数下,当导叶叶片数等于8时混输泵的性能最优且流道内能量损失最小。     

低铬耐磨铸铁叶片只淬火不回火的热处理工艺

用于清理铸件的抛丸机叶片材料为低铬稀土白口铸铁,淬火后不回火的叶片的使用寿命比经淬火、回火的叶片提高了15～20h,从而缩短了热处理周期,节约了能源,提高了经济效益。     

国外激光熔覆应用和直接熔覆金属零件及梯度材料制造

列举了国外激光熔覆在飞机发动机叶片、汽轮机叶片、汽车排气阀座和模具等工业应用实例。介绍了近年以激光熔覆技术为基础向更高层次发展的新成就———激光熔覆闭环控制直接制造出金属零件和梯度材料构件     

微型涡喷发动机离心压气机加进口导叶的仿真研究

为了扩大离心压气机的稳定工作范围,针对一款微型涡喷发动机压气机的离心叶轮,通过数值模拟的方式,研究不同开合角度的进口导向叶片对离心叶轮的性能影响。通过对比不同角度下内部的流动状况,进口导向叶片的角度对叶轮性能有显著影响。与原设计相比,在20°导叶的情况下,内部流动状况得到了改善,喘振裕度和最高效率都有提升。证明通过调节进口导向叶片角度来扩大压气机稳定工作范围是可行的。     

ESRC guide vanes of hydraulic turbine for Three Gorges project

1. IntroductionESRC is a special working method gathering refiningand casting of molten metal together. With its specialprocess, ESRC can counteract the weakness of commonsand castings, thus get high grade castings with goodinternal quality. In this project, a lot of research has beendone about key technologies of material, process andequipment, which are involved in making guide vane ofhydraulic turbine by ESRC, and the achievements havebeen used in practice.2. Material research2.1 Trial…     

Erosion of protective compressor coatings

Compressor components of gas turbines are often protected against corrosion by metallic coatings. These thin coatings are prone to erosion, however. Two coatings applied to compressor vanes of a jet engine were erosion tested under simulated service conditions. Some tests on coated coupons were also performed. The tests on the vanes gave the most reliable results. The erosion resistance of the two coatings was more or less equal. In order to facilitate the recognition of erosion damage attention was paid to its appearance.     

K417G合金焊接修复用高温合金粉末设计与工艺

航空发动机涡轮导向叶片在服役过程中形成的裂纹可以采用钎焊粉末冶金修复技术进行修复,针对低压涡轮导向叶片材料和结构特点,设计了K417G合金修复所需的不同成分的粉末填充材料,测试了不同粉末粒度配比的振实密度值,采用金相法、压汞法评估了不同烧结条件下粉末烧结体的孔隙率、平均孔径、中值孔径、最可几孔径等烧结体性能值,优选了粉末填充材料,在此基础上开展了钎焊粉末冶金修复工艺研究,分析测试了钎焊粉末冶金修复接头冶金组织. 结果表明,接头成形良好,焊料润湿铺展充分,接头致密饱满,无明显焊接缺陷.     

飞机APU涡轮导向叶片高温防护涂层失效模式分析

利用扫描电镜(SEM)、能谱分析仪(EDS)等分析了国内某型在役APU涡轮导向叶片的结构特征与热防护机理,研究了叶片失效件中高温防护涂层的厚度变化与失效模式。结果表明:飞机APU导向叶片中存在渗铝涂层+MCrAlY涂层与单一渗铝涂层2种不同的涂层结构;APU导向叶片失效件的MCrAlY涂层厚度从叶片尾缘—叶盆—前缘区域呈先增大后减小的趋势;受叶片构型影响,叶片尾缘区域涂层的氧化程度较严重,而叶盆区域越靠近前缘的位置涂层氧化损伤程度越低,但叶片前缘区域由于受CMAS腐蚀与高温氧化的耦合作用使得该区域涂层损伤最为严重。