大涵道比轴流风扇增压级概念设计技术研究（英文）

本文为航空发动机设计培训总结报告。本培训目标为设计一款巡航状态下涡轮前温度(TET)1700K、可与LEAP发动机竞争的大涵道比航空发动机。为设计该发动机,需要进行市场调研、总体性能设计、总体结构设计、部件性能与结构设计等工作。为了进行大涵道比风扇增压级的设计工作,编写了轴流风扇增压级一维设计程序。在市场调研确定用户需求后,通过总体性能设计程序确定发动机总体性能参数,同时根据设计限制值开展风扇增压级的性能设计工作,得出风扇涵道比为9.6,风扇外涵压比和效率分别为1.6和0.91;风扇内涵压比和效率为2.0和0.90。     

基于参数识别的航空发动机转子故障诊断与定位方法

航空发动机结构复杂,转子的故障诊断与定位是一个难点。考虑航空发动机实际测量条件,提出一种基于扩展卡尔曼滤波器的转子故障诊断方法,其核心是通过识别典型故障特征参数对转子的多种故障进行诊断和定位。针对实际航空发动机整机结构,用有限元法建立一种耦合的转子-支承-机匣动力学模型。该方法针对实际采集观测信号不完备的问题,采取加权整体迭代的方法来加快参数的稳定与收敛。针对所建立的航空发动机典型故障模型和实际模型存在误差的问题,采取衰减记忆滤波的方法来补偿误差。最后对含典型故障转子的航空发动机整机模型进行仿真计算得到数值解,作为未知故障的观测信号,结合加权整体迭代和衰减记忆滤波的扩展卡尔曼滤波方法,分析得到未知的故障特征参数,依此故障特征参数,实现对故障的识别和诊断,结果证明了该方法对航空发动机转子进行故障诊断和定位的有效性。     

航空发动机转子气体轴向力技术研究

滚珠轴承是航空发动机的重要部件,其可靠性至关重要,轴向力过大或轻载打滑是引起轴承损坏的重要因素。在航空发动机设计过程中,需要对转子轴向力进行准确计算,并设置必要的调节手段,保证发动机滚珠轴承承受合适的轴向力。本文主要阐述了航空发动机转子气体轴向力技术,主要包括计算方法、调节手段和测试技术。     

单跨单盘系统临界转速的理论计算、仿真及测试研究

采用能量法计算了小型单跨转子的临界转速,并通过有限元法进行了仿真计算,最后采用LMS Test.lab测试系统对该系统进行了测试,对比了理论计算、仿真分析及实验测试的结果。研究结论对单转子系统临界转速的理论计算、仿真和测试具有重要的参考价值。     

飞秒激光微加工技术在航空发动机高压单晶涡轮叶片的应用

飞秒激光加工工艺是一种国际领先的新型超精细"冷加工"工艺,可实现无材料选择性的微米级刻蚀、切割、制孔等应用,其加工件无热应力、无再铸层、无微裂纹。国产某型发动机高压涡轮工作叶片的工作环境要求极为苛刻,这已成为其发动机性能和使用寿命提升的短板。从高压涡轮单晶叶片制孔要求出发,阐述了飞秒激光"冷加工"技术、基于曲面特征点迭代逼近算法的叶片自适应定位技术和实时穿透感知技术等三项关键技术,依托Micro Drill100五轴飞秒激光微加工装备实现了单晶叶片的高质量批量加工。经金相检查、工业CT等多项检测验证,满足设计要求。     

树脂基三维机织复合材料拉伸失效模式研究

树脂基三维机织复合材料试件在拉伸过程中,较多试样出现两个断口,其中一个断口出现在夹持过渡段,且呈明显的压缩失效特征。采用显式有限元计算及应力波理论分析方法,对试件断裂后的瞬态位移及应变响应开展了研究,结果显示拉伸断裂后应力波在远端夹持端引起的压缩应变大于静态压缩失效应变,从而导致在夹持端发生二次失效。该结论对采用ASTM D3039开展三维机织复合材料拉伸试验时的有效破坏模式提出了修正建议。     

弧齿锥齿轮动应力计算分析及测试研究

针对民用航空涡扇发动机中央传动齿轮箱弧齿锥齿轮,存在因结构和质量限制而导致齿轮振动裕度不足等情况,对弧齿锥齿轮开展了动应力计算分析并进行试验验证。仿真分析包括对锥齿轮进行了模态和频响分析,研究了锥齿轮的振动规律;试验采用贴应变片的方法,得到了锥齿轮工作状态下的动应力。结果表明,试验结果与理论计算分析较吻合,动应力计算方法、动应力测量方法可行。     

热工艺对激光选区熔化Hastelloy X合金组织及拉伸性能的影响

采用激光选区熔化技术制备Hastelloy X试样,研究热等静压和固溶处理对Hastelloy X试样显微组织及拉伸性能的影响。结果表明:沉积态组织中可观察到熔池形貌、柱状晶及晶内的胞晶结构,无析出物,其拉伸性能表现出高强度低塑性特点,高温拉伸断口沿激光扫描熔化道断裂。经热等静压后,组织演变为等轴晶,晶界及晶内存在较多的析出物,裂纹愈合,试样拉伸强度降低,塑性提升,尤其是高温屈服强度降低了约48%,高温伸长率提升了约59%。经热等静压+固溶处理后,晶粒尺寸及形貌与热等静压态相比近乎无差异,但晶内析出物明显减少,该状态下的综合拉伸性能最优。     

2D-SiC/SiC复合材料损伤耦合力学行为

基于轴向和45°偏轴加载实验,分别获得2D-SiC/SiC复合材料在单一轴向应力和复合应力状态下纤维束轴向方向上的拉伸、压缩和面内剪切应力-应变行为,计算分析材料在复合应力状态下的损伤耦合力学行为。结果表明,在45°偏轴拉伸和压缩复合应力状态下材料损伤耦合力学行为的起始应力分别约为40MPa和-100MPa。复合应力状态下材料纤维束轴向方向上的拉伸损伤和面内剪切损伤进程间具有相互促进作用,面内剪切损伤对压缩损伤进程具有促进作用,但是压缩应力分量对面内剪切损伤进程具有明显的抑制作用;上述损伤耦合作用随着应力水平的增加而越发显著。由试件断口电镜扫描结果可知,复合应力状态下材料纤维束轴向方向上3个应力分量对材料内部0°/90°和45°3种取向基体裂纹开裂损伤进程的影响作用,是2D-SiC/SiC复合材料产生损伤耦合力学行为的主要细观损伤机制。     

选区激光熔化成型GH3536合金的显微组织与拉伸性能

采用选区激光熔化(SLM)成型技术制备了GH3536合金试样,并对其显微组织与拉伸性能进行了分析。结果表明:SLM成型GH3536合金试样的基体显微组织为奥氏体,试样内部存在明显的微裂纹,纵向和横向的显微组织形貌存在明显不同;该试样纵向的拉伸性能优于横向的,相对于热轧Hastelloy X (GH3536)合金,SLM成型GH3536合金试样的强度较好,但塑性较差。