航空发动机复合材料叶片先进制造技术研究进展

大规模采用复合材料叶片是目前航空工业实现航空发动机更高涵道比和减重的最有效途径。以复合材料航空发动机叶片的制造技术研究进展为主题，介绍了现阶段树脂基、金属基和陶瓷基复合材料航空发动机叶片的主流加工工艺；重点讨论了关键制造技术的发展现状和应用情况，包括树脂基复材叶片的预浸料/模压成型工艺和三维编织结/增强树脂传递模塑成型工艺、金属基复材叶片的模压成型、加压浇铸工艺和超塑成形/扩散连接工艺以及陶瓷基复合材料叶片的熔体渗透工艺；探讨了航空发动机复合材料叶片的发展趋势，并提出未来复合材料叶片关键制造技术的研究方向。     

某机陶瓷型芯测具设计研究

根据定位、测量原理,研究和设计了一种新型式的检测叶片型芯的测具结构。由于该叶片型芯的曲率变化大、叶身长,定位的截面位置形式不同,叶片型芯的材质很脆、很滑。在该测具上要检测叶片陶瓷型芯的10个截面型面、榫头内型芯型面,而该测具X方向的定位点是由两叶片型芯截面的进气边两点定位,型面上有3点,其中叶型曲率变化大的截面型面上只有一点,这种情况测具的定位机构要注意它的稳定性;压紧机构要考虑操作方便、叶片与定位面贴合度要好。这样叶片型芯在测量中能得到稳定数据,满足工艺对叶片测量的需求。     

国内期刊亮点

<正>提高空心涡轮叶片整体式陶瓷铸型中温强度的研究空心涡轮叶片是航空发动机、燃气轮机的关键部件之一。基于光固化快速成型的空心涡轮叶片整体式陶瓷铸型制造方法,可有效克服传统熔模铸造开模成本高、制造周期长等缺陷,但采用凝胶注模技术成型的陶     

基于Al粉成孔作用制备多孔氧化铝陶瓷型芯

采用热压注法制备多孔氧化铝基陶瓷型芯,研究了Al_2O_3粉粉末粒度分布、Al粉加入量和保温时间对陶瓷型芯性能的影响.研究结果表明:Al_2O_3粉粉末粒度分布显著影响陶瓷型芯的性能,当加入的Al_2O_3粉粉末粒径分别为80,58和45μm,且三种Al_2O_3粉粉末的质量比为1∶1∶1时,制备的陶瓷型芯性能较好;当Al粉加入量(质量分数)为10%时,型芯的综合性能最好,其线性收缩率为-0.85%,抗弯强度为30.43 MPa,气孔率为46.99%,且保温时间对样品的性能影响很小,在1 500℃下保温5h,样品性能稳定,该型芯有望满足陶瓷型芯的铸造要求.     

氧化铝基纳米复相陶瓷型芯制备与性能研究

在刚玉粉料中添加纳米二氧化硅,利用原位合成方法制备了氧化铝基复合陶瓷型芯,讨论了纳米二氧化硅含量以及烧结制度对氧化铝基复合陶瓷型芯烧结温度、室温强度、高温蠕变等性能的影响.结果表明:SiO2纳米粉的加入,使陶芯材料致密度增加,从而使陶芯烧结温度降低,陶芯室温强度大幅度提高;随着SiO2含量加大,线收缩率和相对密度增加,...     

基于UG的曲面数控加工研究

航空发动机是飞机的＂心脏＂,是飞机基本性能的决定因素之一。叶片的型面由复杂的三维弯扭曲面组成,传统的制造方法无法满足叶片的精度要求。这些问题理重制约了高性能航空发动机的发展。本文基于UG软件的相关控件,对航空发动机叶片的复杂曲面的数控加工进行了研究。     

硅酸锆含量对硅基陶瓷型芯性能的影响

以石英玻璃粉为基体、硅酸锆为添加剂、陶瓷铸造蜡为增塑剂,利用热压注法制备硅基陶瓷型芯,烧结成型,并测试了烧结后型芯性能的变化,研究了硅酸锆添加量对硅基陶瓷型芯性能的影响.结果表明:硅酸锆添加量对型芯析晶并无明显影响.由于硅酸锆熔点高、性能稳定,不与二氧化硅发生反应,能够降低石英玻璃的黏性流动和型芯的烧结程度,导致硅酸锆添加量越多,样品的收缩率、室温强度越低,显气孔率越大.少量硅酸锆分布于石英玻璃基体中,起强化基体的骨架作用,能够提高型芯的高温强度.当硅酸锆含量较高时,石英玻璃含量降低,石英玻璃析晶产生的方石英含量降低,导致型芯的高温强度下降.型芯的高温挠度随硅酸锆含量的增加而降低,这是因为硅酸锆在高温下能够降低石英玻璃的黏性流动.     

水泵铜叶轮陶瓷型芯的快速制造工艺

以水泵铜叶轮为研究对象,探索复合陶瓷型芯制备工艺.利用快速成型技术制备出树脂原型,通过陶瓷浆料配制、硅胶软模翻制,实现铜叶轮陶瓷型芯的快速制备.实验结果表明：制备的复合陶瓷型芯尺寸精度高,能满足使用要求,尤其适用于小批量、形状复杂的铸件.     

航空发动机叶片残余应力监测及安全评定研究

针对航空发动机叶片的疲劳断裂问题,采用X射线衍射分析方法,对某型发动机压气机叶片进行了残余应力测试.分析了叶片表面不同部位残余应力随工作寿命和损伤情况的变化规律,探讨了将残余应力应用于叶片使用安全评定的可行性.结果表明,通过监测叶片表面残余应力,可以评估叶片的疲劳损伤状况,解决叶片的安全使用评定问题.     

某型发动机叶片内腔流量检测装置开发

发动机叶片的性能决定了航空发动机质量的重要因数之一.为了适应发动机高温、高压、高转速的工作环境,很多发动机叶片采用空心结构设计.空心结构设计的叶片在发动机大修过程中需对内腔进行流量检测,通过检测来确定叶片是否能够继续工作.发动机叶片内腔流量检测装置是为某型号航空发动机大修过程中三种不同规格叶片的检测而设计开发的装置.检测装置的设计主要基于液压控制技术,采用双电机控制,检测范围大、精度高.检测装置能够与使用单位的MES系统相连接,相关工作人员可以根据测量结果直接进行发动机装配的串台与配台.以上优点使该设计达到了缩短了生产周期,节省人力,减轻工人的劳动强度,提高劳动生产率的目的,是一种可以使用户获得良好的经济效益的设计产品.     

实验室砂尘颗粒冲蚀-腐蚀交替试验技术研究进展

 调研了砂尘环境、砂尘颗粒冲蚀相关的试验方法,着重对比砂尘流高速冲击试样方法的相同点和主要区别,确定了喷磨试验方法更适合开展压气机叶片、风扇叶片的冲蚀试验研究。冲蚀试验设计采用 GJB 241A-2010、GJB 242A-2018所示成分和粒度的砂尘,通过控制送砂速率和试验时间达到实际服役中压气机转子叶片、风扇叶片的砂尘作用量,当量发动机使用1年的砂尘冲刷环境。另外,采用砂尘颗粒冲蚀试验与GJB 150.11A-2009盐雾试验交替的方案更贴近实际环境。     

某型航空发动机压气机叶片振动静频与动频的关系

以某型航空发动机压气机四、六级叶片为研究对象,考虑发动机实际工作时的温度及叶片扭向的影响,首先计算了压气机叶片振动的静频值及发动机特定转速下的动频值。通过函数拟合,得到了压气机叶片振动的动频与静频及发动机转速的关系式,给出了在更接近于实际工作状态下计算某型发动机任意转速下叶片动频的方法,指出了所得关系式与传统关系式相比,其优点在于既包括了温度的影响又恰当地反映了叶片扭向的影响。     

提高航空发动机测试性的结构设计方法及应用

航空发动机可测试性作为一项重要设计指标已贯穿于发动机设计和使用的全寿命工作过程中,测试结构的设计是保障航空发动机可测试性目标实现的一项重要工作。为满足可测试性要求,结构设计方案应根据不同的测试项目和测试需求,分析所处的应用环境,进行有针对性的设计。通过对测试项目的分类和测试需求的分析,以国内某系列发动机测试结构设计为基础,对航空发动机上的典型测试结构方案的特征、应用范围以及具体结构实现方法进行分析和研究,这些方案在发动机实际工作中得到了有效的工程验证,其结构可靠,可以满足测试需求。     

航空发动机轴承腔的热分析计算

轴承作为航空发动机的关键部件之一,对发动机的可靠性起着决定性的作用。文中针对航空发动机轴承腔运用热网络法建立了轴承腔的热平衡方程组,并求解了该方程组,从而获得了10种不同工况下的温度场计算结果。计算分析与实际测试结果基本相符,从而为发机轴承的滑油量提供了技术准备。     

基于改进滑模趋近律的航空发动机控制器设计

将多幂次滑模趋近律用于航空发动机控制,设计了基于滑模控制方法的航空发动机追踪控制器。针对多幂次滑模趋近律在航空发动机追踪控制中出现的高频振荡问题,提出了一种改进的多幂次滑模趋近律。基于改进多幂次滑模趋近律的追踪控制仿真表明,改进的多幂次滑模趋近律适用于航空发动机追踪控制,该方法不仅具备了多幂次滑模趋近方法响应速度快、鲁棒性好的优点,而且消除了控制中的高频振荡现象。     

航空发动机典型任务剖面归纳方法

航空发动机典型任务剖面不仅需要反映飞行任务特点,而且需要衡量飞行任务对发动机寿命损伤大小。将发动机低周疲劳损伤、稳态蠕变损伤、热冲击损伤作为任务剖面归纳的主导因素。针对某型发动机确定了13个飞行参数共77个统计量作为任务剖面归纳的原始载荷矩阵,用系统聚类法、主成分聚类法、模糊聚类法对71个飞行剖面进行了聚类归纳。对比分析表明:确定的任务剖面原始载荷矩阵充分代表了发动机使用用法,参数彼此具有较强的独立性;相比其他2种聚类法,系统聚类法归纳的任务剖面集合能够充分反映该类任务剖面的共同特点和属性。     

VSV系统对CFM56发动机喘振的影响分析

航空发动机喘振是发动机衰退过程中的常发的故障,而发动机VSV系统的工作状态直接影响发动机的喘振裕度。本文以CFM56-3发动机的VSV系统为研究对象,讨论其工作机理,分析其对处于衰退期的CFM56-3发动机稳定工作的影响,提出相应的维修注意事项。从而为研究以VSV故障为诱因的喘振提供理论依据,为相关维修提供工程参考。     

基于ABC算法的航空发动机管路自动优化布局

为求解航空发动机管路路径规划问题,引入了人工蜂群算法,并通过设定最大允许路径节点数、采用规则引导的搜索策略及锦标赛选择策略方法分别探讨了人工蜂群算法应用于航空发动机路径规划中的3大问题,即路径节点不固定、邻域构造困难和标准ABC算法过早收敛和停滞问题.提出了应用于航空发动机管路自动优化布局的人工蜂群算法,实例研究证明了该算法的有效性和可行性.     

航空发动机涡轮流动及噪声数值模拟

发展可靠、高效、低噪声的发动机是航空工业不懈的追求.涡轮作为航空发动机核心部件之一,其流动及换热问题始终是贯穿航空发动机设计、制造的核心问题.随着航空发动机风扇和喷流噪声得到大幅控制,涡轮噪声逐渐凸显,并日益受到关注.为推动航空发动机涡轮流动换热及噪声数值模拟方法的工程应用,首先,以航空发动机涡轮中复杂湍流及流动换热问...     

大型客机发动机高压压气机典型结构设计特征

为了给中国大客发动机高压压气机的结构设计提供些许参考,对民用大涵道比涡扇发动机高压压气机典型结构设计特征进行了详细的剖析并总结了设计难点和建议措施。高压压气机作为大涵道比涡扇发动机的核心部件,追求高性能、高可靠性、低成本等,涉及气动、结构、强度、传热、材料、工艺等多个专业领域,技术难度极高。国际先进发动机公司基于强大的技术能力和工业基础以及产品服役过程中积累的经验,发展了具有各自特点且满足市场需求的高压压气机型号。中国在民用大涵道比涡扇发动机高压压气机领域的技术基础薄弱,无成熟经验和数据积累,研发起步阶段有必要去借鉴和参考标杆机型的设计特征,尤其是在大量的、长期的产品运行和不断改进的基础上发展起来的高可靠性结构设计特征。