涡轮导向器激光选区熔化成形过程数值模拟分析

通过Simufact Additive软件模拟了涡轮导向器激光选区熔化成形过程,分析了涡轮导向器在成形、热处理、基板分离、支撑去除过程中的应力应变分布和尺寸变化情况。利用LIM-X260激光选区熔化设备开展了涡轮导向器的成形试验,采用三维扫描仪检测了零件最终的尺寸精度。结果表明:成形的涡轮导向器未出现裂纹、未熔合缺陷;零件实测变形量与数值模拟结果趋势一致,最大变形区域位于零件外环中部厚壁和顶部薄壁区域;受到支撑的影响,涡轮导向器叶片实际尺寸与模拟结果偏差较大。最后,基于本研究展望了涡轮导向器类零件提高成形质量的研究方向。

某航空发动机涡轮导向器的缺陷分析及修复

针对某航空发动机涡轮导向器环件开裂及叶片烧蚀的现象,从材料、工艺及应用等角度,对缺陷开展原因分析和应用修复。结果表明:环件开裂是由钎料析出导致撕裂裂纹萌生发展所致,经氩弧焊修复后裂纹不再复现;叶片烧蚀是因叶片前缘承受高温,引起熔融态CMAS(多相复杂玻璃相)对TGO(热生长氧化物)产生溶蚀而形成的,通过采用叶片更换工艺实现修复,导向器能满足装机续用寿命要求。

高压涡轮导向器FTA分析及维修方案设计

高压涡轮导向器是航空发动机重要零部件之一,由于工作环境恶劣,经常出现腐蚀、烧伤、变形、鼓包、裂纹、掉块等故障。本研究介绍高压涡轮导向器故障情况,采用故障树法逐层分析故障产生的原因,利用逻辑决断法确定外场维修工作,制定维修方案,提出采用激光焊接修复工艺代替传统的氩弧焊接工艺,解决高压导向器修复后再次开裂的难题,提出预防改进措施。本文对节约发动机维修成本、保证产品质量和修理周期、提高发动机工作可靠性、保障部队飞行安全等具有理论意义和工程实践价值。

涡轮导向器精密铸造工艺数值模拟及优化

借助ProCAST软件对涡轮导向器开展工艺设计与数值模拟,深度分析充型-凝固过程的潜在问题及缺陷形成原因。在此基础上,通过调整浇注方式、冒口数量与尺寸、铸件凝固顺序等措施优化了工艺,同时进行了数值模拟。结果表明,优化工艺的充型过程较为稳定,其铸件遵循顺序凝固原则且未形成缺陷,金属利用率由12.13%提高至43.18%,并通过实际铸件对优化工艺进行验证,铸件质量满足EMS52301/2规范要求。

摩擦力对低压涡轮导向器内环气压试验影响的有限元分析

针对航空发动机低压涡轮导向器内环密封气压试验过程中O型密封胶圈与导向器内环试验件之间的密封摩擦力导致应变和位移试验结果非线性的问题,通过导向器内环气压试验与有限元分析相结合的方式得到了密封摩擦力随气压载荷变化的公式,并通过有限元分析了密封摩擦力对试验结果的影响。结果表明:在试验过程中O型密封胶圈与导向器内环之间的密封摩擦力随气压变化曲线可简化为以0.1 MPa气压载荷为转折点的分段函数;考虑摩擦力的有限元计算结果与试验测量结果基本一致;不考虑摩擦力的有限元计算结果比试验测量位移值大6.6%,A、B应变计粘贴处应变的计算值比试验值分别大13.5%、3.0%。由于导向器内环在实际工作中不承受摩擦力,因此在试验过程中低压涡轮导向器内环的受力状态相比于其考核要求状态有较大差距,需改进试验装置以消除密封摩擦力对涡轮导向器内环气压试验的影响。

K465涡轮导向器熔模铸造工艺研究

涡轮导向器是在研某型号航天发动机的关键部件,采用K465铸造高温合金无余量整体熔模铸造而成。该部件由内锥、内环、叶片、外环和法兰五位一体构成,整体呈复杂框架结构,其叶片最薄处仅为0.7mm,且壁厚相差悬殊,铸造凝固过程易产生疏松、裂纹等缺陷,试制工艺难度很大。设计采用了蜡模分体压制,组合夹具精确定位,蜡模拼装组合成型的工艺方案,使叶片的一致性和尺寸精度得到了保证,获得了导向器熔模铸造用整体蜡模;通过浇注系统、铸造工艺的优化,解决了试制过程中出现的疏松和开裂问题,保证了铸件的冶金质量,研制出了合格的导向器铸件。

基于示温漆的高压涡轮导向器表面温度测试

掌握涡轮导向器温度场测试方法及准确的温度场分布,对于涡轮导向器的设计、改进具有重要的理论价值和实用价值。利用不可逆示温漆,测量了高压涡轮导向器在最大工况下的表面温度。结果表明:喷涂在高压涡轮导向器表面的不可逆示温漆,在高温、高压下附着牢靠,等温线清晰;成功录取了整个高压涡轮导向器的表面温度及温度场分布,可为该型发动机高压涡轮导向器的热应力与寿命分析提供数据支撑。

发动机的涡轮导向器面积、喷口直径等匹配参数调整的计算方法研究和应用

在双轴式涡轮喷气发动机中 , 及 级涡轮导向器面积和尾喷口面积匹配关系影响到发动机工作稳定性、可靠性和性能。本文用计算分析方法进行了研究 ,推导出便于编程计算的 6个方程 ,用低压涡轮功等于某一常数代替低压转子转速为常数的调节方案 ,并用发动机台架实测参数确定部件某些系数 ,计算仅在设计转速上进行。计算结果指导了某新研发动机三面积的调整 ,获得合适的三面积调整范围 ,解决了该发动机的调整参数匹配问题 ,按本方案调整的发动机经外场使用表明工作稳定。

高压涡轮导向器扇形叶栅试验及改进设计验证

对一高压涡轮导向器扇形叶栅进行试验,发现相邻测试叶片流场的周期性较差,给导向器气动性能试验评估带来极大困难。对试验件的数值模拟亦给出了相同结果。为提高试验评估精度,采用几何设计和数值模拟迭代的方法,对试验件进行了改进设计。对改进试验件进行的试验表明,高压涡轮导向器扇形叶栅通道内的周期性得到明显改善,该试验结果可较为准确地评估导向器的气动性能。

CO_2激光熔覆修复涡轮导向器工艺初探

为研究修复K418涡轮导向器的工艺,以CO2连续激光器为热源,在涡轮导向器试验叶片表面熔覆自配粉末,获得了微观形貌和显微硬度均优于基体组织的熔覆层。结果表明:在激光功率为800W、扫描速度为5mm/s、气流量为1L/min时,熔覆层的组织晶粒更加致密细小,与基体呈冶金结合且无微观缺陷。熔覆层最高硬度达436.2HV,是基体硬度的1.2倍。但采用CO2激光器容易造成热作用区增大,后续将改用YAG脉冲激光器作热源,并优化材料参数和工艺参数,进一步研究修复K418涡轮导向器的新工艺。

熔模铸造工艺对K418B涡轮导向器充型性能与晶粒组织的影响

研究了熔模铸造浇注系统、浇注温度、型壳预热温度对K418B涡轮导向器在重力铸造条件下充型性能与晶粒组织的影响。结果表明,在调整浇注工艺的基础上,将排气边一侧的型壳外部加厚的方式,改变了型腔的温度场分布,使导向器叶片的排气边冷却速度降低;一方面保证了排气边的充型完整性,另一方面降低了排气边与叶身厚大部位的温度梯度,使整个叶片的晶粒组织由大尺寸柱状晶转变成较细小的等轴晶,提升了导向器的综合力学性能。

发动机涡轮导向器叶片掉块分析

某发动机试车后,检查发现一片高压涡轮导向叶片排气边掉块。应用扫描电镜、光学显微镜等,对掉块叶片断口及其金相组织进行了系统地分析与检验。结果表明,该叶片掉块性质为烧蚀掉块,烧蚀掉块的原因是叶片排气边局部出现瞬时高温。

激光熔覆技术在发动机涡轮导向器修复中的应用

研究了工艺参数对激光熔覆层微观组织的影响,测试了熔覆层和基材的显微硬度,获得了无裂纹、孔洞等缺陷的熔覆层.

五孔探针在涡轮导向器出口流场测量中的应用

受附面层和二次流的影响,涡轮导向器出口流场呈现三维特性,需使用五孔探针进行测量。本文参考相关资料,发展了一种适用范围较广的五孔探针数据处理方法,并编制了计算程序。经验证,该程序对马赫数计算的不确定度不大于1.5%,气流角计算的不确定度不大于0.5°,精度满足工程需要。将其用于某导向器出口流场测量,取得了较好的效果。

跨声速HTA涡轮导向器全三维流场计算分析

利用CFD软件CFX-TASCflow对具有试验数据的跨声速HTA涡轮导向器流场进行了计算,结果表明,计算的叶面等熵马赫数分布和出口气流角与试验值吻合良好;而计算的总压恢复系数与试验数据存在一定的差别。

CFM56发动机涡轮导向器结构损伤的研究

航空发动机是飞机的核心部件,它的结构安全直接影响到民航客机的运行安全。以CFM56发动机涡轮导向器叶片发生严重损伤为例,分析该类结构损伤的主要原因,并提出发动机的改进措施和维修建议。

紧凑式多功能低压涡轮导向器设计

在某涡扇发动机结构优化中,为满足总体结构和机械系统的要求,采用了兼具支板功能的紧凑式低压涡轮导向器设计方案。在完成常规涡轮设计的基础上,通过子午流道设计和大叶片设计及数值仿真,对导向器内的流动进行了细致而有效的控制,并对其进行了三轮优化设计和流场分析。结果表明,该优化设计方案在满足结构设计要求的同时保持了良好的气动性能,具有明显的先进性,并在发动机整机试验中取得了良好效果,可推广到其它发动机研制和改型设计中。

应用射流涡流燃烧结构方案的高压涡轮导向器性能分析与研究

采用两大类模型,对应用射流涡流燃烧结构方案的高压涡轮导向器性能进行数值模拟研究。利用基于压力的隐式稳态求解器以及尺度适应模拟湍流模型(SAS),完成了涡轮内增燃燃烧室内的流动与燃烧过程的数值模拟。研究结果表明:无论是在高压涡轮导向器顶部还是在底部耦合驻涡凹腔,对导向器叶间流场形态、流体流动转折角、导向器叶间静压力场的形态以及分布、总压损失均无明显影响,维持了原有导向器的基本性能;高压涡轮导向器耦合射流涡流燃烧结构,增加了涡轮叶片叶间的平均温度以及涡轮导向器出口的平均温度。

VERICUT仿真在涡轮导向器五轴数控加工中的应用

本文根据涡轮导向器五轴数控加工中存在的问题,运用VERICUT软件构建仿真加工工艺系统,实现加工过程仿真,有效解决加工中刀具悬伸长度过大等问题。

向心涡轮导向器设计改进及应用

为了提高微型涡喷发动机综合性能,对其单级向心涡轮导向器进行改进设计。改进设计中,采用发动机性能试验摸底导向器物理喉部面积,全三维气动手段优化叶片型线方法,提高涡轮级气动性能。数值计算得出:在近设计点处,涡轮级流量增加约12.5%,效率提升约2.5%。发动机性能试验表明:在设计转速下,推力增幅达21.7%,燃油耗油率降低12%。改进设计的涡轮导向器性能满足发动机总体要求。