航空发动机奇数只叶片的风扇转子动叶装配序列优化技术研究

针对航空发动机风扇转子奇数只叶片装配序列规划过程中存在的对顶角叶片重力矩差难以保证、叶片重力矩分布不够均衡的问题,研究了奇数只叶片的装配序列规划技术。首先,将单只叶片一分为二,形成33对“连体双胞胎叶片”,再转换成“66只虚拟叶片”,实现转子叶片数量“从奇变偶”的转换;然后,为每只“虚拟叶片”找到对顶角叶片,但是不能将“连体双胞胎叶片”真正分开或放在对顶角位置;最后,以对顶角位置上“两只虚拟叶片”的重力矩差为约束,以转子剩余不平衡量最小为优化目标,采用改进模拟退火算法规划动叶的装配序列,为转子装配提供优化的装配序列,优化转子的静平衡质量。实例验证表明,奇数只叶片数量“从奇变偶”转换,精确保证了对顶角叶片重力矩差,满足了设计部门给出的对顶角叶片重力矩差的设计指标(≤1200 g·mm),为奇数只叶片的转子动叶装配提供了优化的装配序列,并优化了转子的平衡质量。

超快激光加工技术在航空发动机制造中的应用

超快激光加工技术具有无材料选择性、无材料损伤、可实现微米级加工精度的优势,是航空发动机制造加工未来重要的发展方向。在介绍超快激光技术的基础上,详述了其在航空发动机的涡轮叶片气膜孔、火焰筒气膜孔及异形槽孔加工中的应用,并对未来该技术在航空发动机制造业的应用推广提出了建议。

高效光饰加工技术在航空发动机典型零件加工中的应用

光饰加工作为改善工件表面质量的最终工艺,因其抛光效率高、加工质量好等优点,逐渐在航空发动机零部件的加工中得到广泛应用。本文在概述光饰加工基本原理的基础上,全面分析了高效光饰加工技术所需的光饰机、磨块和光饰剂等方面的研究成果,并简要阐述了高效光饰加工技术在航空发动机叶片、盘、轴、机匣等典型零件加工中的应用情况。

锻造仿真与热模拟技术在航空发动机叶片精密锻造中的应用

航空发动机叶片因其形状复杂、叶身型面厚度薄、材料变形困难,在精密锻造成型中常存在折叠、裂纹、表面损伤及局部填充不满等缺陷。应用有限元仿真软件Deform对航空发动机叶片精密锻造工艺进行模拟分析,可以获得金属材料锻造成型过程中应力场、应变场、温度场及流动轨迹等参数变化规律,将可能产生缺陷的模型在工艺设计阶段进行优化,缩短新产品研制周期。实践表明,Deform软件的应用,可有效地避免锻造缺陷的产生,对航空发动机叶片精密锻造工艺设计具有指导意义。

数字孪生驱动的航空发动机装配技术

为了实现物理状态与虚拟模型的交互与共融,研究了数字孪生驱动的航空发动机装配技术,论述了其构成、功能、流程,详细分析了装配流程控制、零件选配、装配操作引导、装配间隙控制、装配技术状态控制和装试数据关联分析关键技术实例验证(第3节)。所研究的技术不仅有助于提高航空发动机装配过程和技术状态管控的智能性、主动性、预测性,还能促进基于实物状态的决策和优化,提高装配的效率和规范性,提高一次装配成功率和质量性能的一致性,从而为数字孪生驱动的航空发动机装配技术研究和系统开发提供理论依据与技术参考。

航空发动机难加工零件的机内测量技术与高品质数控加工

加工精度与加工效率高且一致性好是高品质加工的两个重要特征。以机匣、涡轮盘、整体叶盘等为代表的航空发动机难加工零件因刚度弱、切削力大、精度要求高等原因,很难实现高品质加工。数控机床机内测量简称机内测量,通过自动测量装夹在机床上的工件,可以自动发现制造特征的定位偏差或加工误差进而补偿加工。因此,应用机内测量技术能够有效提高航空发动机难加工零件的加工品质。分析了航空发动机难加工零件的特点,讨论了机内测量技术在航发高品质加工中的应用场景、研究热点,并阐明了其应用原理。以航发涡轮盘榫槽边缘的倒圆加工为案例,通过机内测量榫槽边缘的各向偏差改良了传统工艺,实现了倒圆的补偿加工。最后指出了机内测量在航发难加工零件制造中的探索方向。

某型航空发动机燃油喷嘴喷雾锥角调试试验研究

某型航空发动机离心式燃油喷嘴在首台份试制时,喷雾锥角较设计要求偏小,通过理论分析,制定了多种调试工艺措施,并开展了试验研究。试验表明,减小旋流槽角度、减小喷口长度、增大喷口直径、减小旋流室长度、减小槽深的措施均能一定程度上增大喷雾锥角。最终采用了双角度复合研磨的工艺,结合减小旋流槽深的措施,达到了符合设计要求的喷雾锥角。

航空发动机燃烧室帽罩粘性介质成形数值仿真分析

针对航空发动机燃烧室帽罩成形质量难以精确控制等问题,进行了粘性介质成形工艺数值分析,根据压边间隙及成形压力的不同,建立了9组粘性介质成形有限元模型。结果显示,选定参数范围内,最大减薄率与增厚率均低于20%,与成形压力相比,压边间隙对环形凸起区域褶皱分布影响较小,提高成形压力,可有效避免成形区域褶皱的产生。结合环形凸起区域的褶皱分布情况,考虑到高减薄率带来的破裂等风险,最终选择压边间隙为1.26mm,成形压力为80MPa。

喷丸技术在航空发动机修理中的应用分析

航空发动机作为极其精密的重要设备,任何隐患和故障都是不允许的,尤其是结构上的裂纹,然而并非所有的问题都适合大规模的检修及拆解,所以需要采用更为便捷的法,才可以得到良好的检修结果。基于对喷丸技术在航空发动机维修中使用方案的分析,文探讨了该项技术在实际修理过程中的使用要点。

某发动机杯形锁圈碎裂原因分析

针对某航空发动机杯形锁圈发生碎裂的故障情况,进行检查和经验分析,列出故障树,然后通过扫描电镜对杯形锁圈碎片进行了材料分析和断口性质分析。结果表明,断裂性质为疲劳断裂,首断位置位于锁窝处。为了解锁窝处是否存在原始缺陷,对冲锁后的残余应力进行了仿真,结果表明锁窝附近部分区域残余应力大。根据设计复查、故障树排查、断口和仿真分析结果,找到故障原因为冲锁方式不当,并给出了解决措施。

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。

面向装配精度的航空发动机转子零件选配优化

针对航空发动机转子零件选配问题,考虑装配要求和零件实物的差异性,提出一种面向止口—螺栓连接结构的转子零件选配优化方法,基于每个转子零件连接面的实测尺寸误差和形位误差数据,建立了单个转子零件误差模型;根据结合面之间的装配关系,建立了多级转子组件装配误差传递模型,提出综合考虑装配体同轴度和垂直度的零件选配优化模型,采用NSGA-Ⅱ对零件配套组合和各级转子零件的周向安装角度进行优化。验证实例表明,所提优化选配方法使装配体的同轴度和垂直度偏差显著低于随机选配。优化的结果可指导零件配套和装配操作,提高转子组件的一次装配成功率和装配质量一致性,减少"试错"成本。

航空发动机整体叶盘数控砂带磨削变形行为及其试验研究

针对航空发动机整体叶盘结构复杂,铣削后表面纹理明显,粗糙度和型线精度无法达到设计要求,手工抛光后叶盘表面质量和型面精度难以满足工艺要求的现状,开展整体叶盘数控砂带磨削变形行为及其试验研究。分析整体叶盘数控砂带磨削全型面磨削过程,阐述整体叶盘数控砂带磨削的变形机理,提出一种新型开式数控砂带磨削方法。进行基于ANSYS的磨削变形仿真分析,提出带有压力反馈的磨削压力控制系统方案,实现磨削变形的控制。用磨削试验装置进行整体叶盘精密数控砂带磨削试验,结果表明:整体叶盘数控砂带磨削后,表面粗糙度小于0.4μm,型线精度高于0.05 mm,能够很好地适应叶片变形,实现数控砂带磨削替代手工抛光,提高磨削效率,满足设计要求。

航空发动机整体叶盘叶片预变形控制研究

数控加工是航空发动机整体叶盘最主要的加工方法,数控加工工序是保证整体叶盘几何精度符合设计要求的重要环节。按照设计三维数模精铣后的叶片型面虽满足图纸尺寸公差,但后续叶片表面光整及强化工艺会对叶型特征产生不同程度的影响,导致最终叶型几何特性超出设计要求。通过对抛光、振动光饰、喷丸等表面光整及强化工艺进行分析,确定其对叶型参数的影响规律及量值,再根据预变形技术对精铣工序的加工模型和程序进行修正,使叶片在精洗后获得与后续表面光整及强化工艺变形规律相反的形状和位置,再在后续加工中消除这些预变形量,从而达到在最终交付状态获得合格整体叶盘的目标。

航空发动机涡轮叶片涡流自动化检测试验研究

涡流检测技术对工件表面或近表面的缺陷有很高的检出灵敏度,且检测线圈不需与被测物直接接触,可进行高速检测,易于实现自动化。针对航空发动机涡轮叶片的复杂曲面人工检测难度大、效率低等问题,研制了一套六自由度机器人涡流自动化检测系统,该系统可自行对其工作空间、工作表面和运动学的工作特性进行分析研究;设计了多种典型涡轮叶片专用弹压式涡流检测探头,可自适应叶片形貌及叶片安装误差;开展了涡轮叶片检测自动扫查检测试验,优化了涡流检测的激励频率和自动扫查速度。结果表明:可弹压式涡流探头对叶片表面缺陷可自适应涡轮叶片的复杂表面,提高了自动化检测的精度,同时弥补提离变化和安装误差。当激励频率为1.25~1.75 MHz、扫查速度为30 mm/s时,检测灵敏度较高,能有效检出缺陷。相比于人工涡流检测方法,该自动化检测系统提高了叶片的检测效率。

面向航空发动机制造的数字孪生应用架构探索与实践

数字孪生作为一种新的思想和技术方法,已成为各企业实施数字转型战略的重要抓手。结合我国航空发动机研制特点和行业数字化技术应用现状,提出了面向航空发动机研制过程的数字孪生技术应用架构,以及工艺设计、生产制造、产品装配、维护保障的数字孪生要素与应用模式,并针对基于MBD的可制造性分析、数字化工艺设计与仿真、虚拟制造、虚拟装配与交付、远程维护等数字孪生实现技术开展研究与应用,为航空发动机研制水平提升进行数字赋能。

航空发动机右部传动部件对放气带提前关闭的影响因素分析及研究

针对发动机压气机放气带多次出现异常关闭故障,在深入分析故障现象的基础上,通过计量右部传动系统的零部件、发动机转速和离心传感器转速试验检测装置系统的设计、再现故障试车、对齿轮传动的动态传递误差研究基础上,结合实践结果进行机理分析,确定直齿圆锥齿轮参数偏差较大为引起右部传动链系统传输转速不平稳主要原因。针对故障原因制定了相应的改进措施,从而有效控制放气带提前关闭故障的发生,为发动机类似故障提供参考依据。

航空喷气发动机地面试车台校准技术及状态保持方法研究

为解决缺少露天试车台而不能对地面试车台进行校准问题,对影响室内试车台推力测量的因素进行了分析,通过气动测量校准的方法,得到了试车台推力修正值,并使用某型号发动机的国外基准试车台进行了交叉对比校准,结果表明测试精度达到了室内基准试车台要求。使用该基准试车台对其它生产试车台进行了交叉对比校准,解决了生产试车台的校准问题。依据某型号发动机的多年交叉对比校准和批产试车经验,提出的交叉校准过程中的注意事项以及试车台状态保持和监控方法,可有效确保试车台持续满足交付试车的要求,研究结果对我国批产发动机试车台校准技术的进步具有重要意义。

航空发动机滑油泵性能稳定控制技术研究

针对某航空发动机滑油泵使用中出现的问题,采用ANSYS有限元计算软件,对滑油泵从动齿轮、铜套在室温、100℃、160℃和200℃时过盈所产生的应力进行了建模与应力分析,得到了铜套工作温度不可大于150℃,否则,铜套会进入屈服而产生永久变形,即会形成缩径现象。同时,采用流体动力学模拟分析软件FLUENT,对齿轮泵的内部流场进行了模拟分析,泵转动过程中压力场、速度场等分布规律,在此基础上开展了可靠性提升工作,提出了有效的改进方法和控制措施,可为同类滑油泵故障的解决提供参考。

航空发动机制造企业智能工厂建设

为加快航空发动机制造企业智能制造技术应用步伐,满足新一代航空发动机研制需要,结合航空发动机制造企业业务特点,基于体系结构设计方法,对企业智能制造需求进行系统分析,提出了航空发动机制造企业智能工厂信息化应用架构,阐述了主要建设内容、实现方法,并简述了智能工厂建设尚需攻克的关键技术及解决建议,供航空发动机制造企业以及装备制造业智能工厂建设借鉴。