基底偏压对电弧/磁控复合技术制备CrAlN耐磨涂层性能的影响规律

利用中频磁控溅射与电弧离子镀复合沉积技术在不锈钢基体上沉积CrAlN涂层.利用扫描电镜(SEM)、X射线能谱(EDS)、X射线衍射(XRD)、纳米压痕测试、划痕测试以及摩擦磨损试验等手段,系统地研究了基底偏压对CrAlN涂层微观形貌、力学性能及摩擦磨损性能的影响.随着基底偏压的增大,涂层表面经历了由较为粗糙的孔洞、大颗粒向平滑的形态演变.在-30 V基底偏压下(绝对值表示大小)制备的涂层表现出多个强衍射峰;-60 V偏压下,涂层沿(200)晶面方向择优生长.过高的基底偏压(-150 V)加剧了沉积过程中的二次溅射效应,导致涂层沉积速率降低,并出现晶格松弛和重结晶现象.此外,随着基底偏压的增加,涂层的硬度和弹性模量均呈先增加后减少趋势.在-60 V基底偏压下,涂层表现出较低的磨损率,而较高偏压下的涂层磨损机制转变为严重的磨粒磨损,涂层磨损严重.通过调控基底偏压,可以有效优化CrAlN涂层的组织结构、力学性能和摩擦磨损性能.在-60 V基底偏压下制备的CrAlN涂层展现出优异的力学性能和耐磨性,为实际应用中提升涂层性能提供了重要的理论和实验依据.

航空发动机叶片装配执行过程智能检测及AR引导

为了提高航空发动机叶片装配执行过程的作业智能化程度,本文提出一种航空发动机叶片装配执行过程智能检测及AR引导方法,该方法包括叶片编码识别、物料AR出入库和齐套摆放过程状态检测3个环节。针对航空发动机叶片物料缺乏自动化识别和智能化纠错的问题,搭建基于编码识别的叶片物料管理架构,提出基于图像处理的叶片编码图像前处理增强操作,并利用贝叶斯纠错对识别结果进行正误判断和纠错校正的后处理操作,提高了叶片编码识别准确率;在物料人工出入库环节,利用AR增强可视化信息辅助用户快速执行作业任务,降低了叶片物料选取作业的时间;针对叶片物料齐套准备过程,构建了基于检测比对的防错纠错系统,避免发生人为错误。所提叶片装配执行过程智能检测及AR增强辅助引导方法可以有效减少人力物力和时间消耗,在推动航空发动机迈向智能化和自动化生产上起到技术支撑作用。

修正磁化模型的多组分铁磁性颗粒运动研究

铁磁性颗粒因具有铁磁性被广泛应用于化工环保、生化工程和能源等各个领域,磁场具有的穿透性质,对于采用铁磁性颗粒的系统,可通过改变磁场控制系统内颗粒的运动状态.文章基于传统的磁化模型,采用相对参考系转换方法,提出了适用范围更广的修正P-E磁化模型,可以计算铁磁性颗粒在任意方向磁场作用下所受磁化力.通过有限体积法(FVM)与离散单元法(DEM)耦合进行数值模拟,验证了修正P-E磁化模型的精确性,并模拟多组分颗粒在磁场中的运动,对比了铁磁性颗粒与惰性颗粒在不同配比及不同磁场条件下的运动特性,对颗粒分布、颗粒速度矢量和颗粒总能量变化3个方面进行分析.结果表明:在多组分颗粒系统中,铁磁性颗粒依旧保持成链特性,但成链速度与长度降低;随着铁磁性颗粒占比提高,铁磁性颗粒初始能量增大,聚链数量与成链长度将有所增加,约束惰性颗粒能力增强;此外,施加水平与竖直方向磁场时,多组分颗粒系统达到稳定速度最快,可以通过增大铁磁性颗粒占比有效提升稳定速度,使系统更快趋于稳定;而施加含有倾角的磁场时,随着铁磁性颗粒占比升高,铁磁性颗粒达到稳定状态需要的时间逐渐降低,较难通过改变铁磁性颗粒占比缩短稳定所需时间.

离子注渗复合表面改性技术研究进展

综合国内外研究现状,目前针对离子注渗复合表面改性技术已开展了大量的研究工作,然而还缺少对其进行系统介绍的研究报道。首先,对离子渗技术(离子渗氮、离子渗碳和离子渗硫)、离子注入技术(氮离子注入、碳离子注入和金属离子注入)和离子注渗复合技术的原理进行了介绍。其次,对上述表面改性技术的研究进展进行了综述和总结。最后,针对目前离子注渗复合技术的不足之处,从改善硬件设备、强化作用机理、系统研究复合处理工艺和促进其工业化应用等方面进行解决,提出要充分利用注渗和镀膜技术复合的优势来实现材料结构功能一体化,推动多相复合强化技术的研究与开发,为工业化应用奠定理论基础。

微型行星齿轮传动设计与分析

提出一种应用于某航空发动机中空气涡轮起动机的微型行星齿轮传动设计方案,对传动系统的构型进行结构设计、参数匹配;采用有限元分析软件ANSYS对其重要零部件进行强度校核,基于正交试验法对减速器结构进行优化,为微型行星减速结构在航空发动机起动机等航空产品中的推广与应用提供理论支撑。

基于运动法的航空发动机高速燃油齿轮泵卸荷槽设计与验证

高压、高速、高温化使得齿轮泵固有困油问题愈发严重,传统卸荷槽结构已难以满足高性能燃油泵设计要求。为此本文提出一种基于运动法的新型卸荷槽结构设计方法,通过构建困油模型并从整泵全局角度分析齿轮参数对困油各项性能的影响规律,以确定齿轮参数并为卸荷槽设计提供约束条件;其次基于齿轮运动规律和卸荷槽设计原则进行了某型燃油齿轮泵卸荷槽的设计,并进行了多个工况下新型卸荷槽和传统卸荷槽困油特性仿真对比;最后试制了样机并通过试验验证了卸荷槽设计的有效性。研究结果表明:所设计的卸荷槽与传统矩形卸荷槽相比,同工况下最大困油压力降低63.4 MPa,流量脉动率减小33.5%,空化区域更小,工作性能更优,能够显著缓解困油带来的不利影响。采用该结构卸荷槽的齿轮泵具有高的容积效率和长时抗汽蚀能力。

轻合金钣金件覆层板成形及研究现状

覆层板成形是在成形板一侧或两侧覆上相同或不同材料板材(称之为覆板),成形过程通过覆板改变成形板材受力状态及变形规律,从而进一步提高成形板材的成形性能和成形质量,是复杂形状轻合金钣金件常见成形方法之一。轻合金钣金件覆层板成形过程,覆板性能及对成形板的作用规律是其成形可行性的关键,本文介绍了轻合金钣金件覆层板成形原理,总结了覆板厚度、力学性能及与成形板间的界面摩擦等因素对其成形过程的影响及研究现状,并对存在的问题及发展趋势进行了展望。

径向油孔结构对环下润滑高速轴承内部流动特性的影响研究

为了研究径向油孔结构对环下润滑高速轴承内部流动特性的影响规律,根据高速轴承内部流动特征建立了数值计算方法,针对包含输油通道、径向油孔和轴承组件的物理仿真模型开展了油气两相流动计算,对比并讨论了不同径向油孔结构下轴承内部的油气分布和黏性摩擦损失。数值模拟结果表明,径向油孔孔径增大后轴承内部的平均滑油体积分数单调增加且滑油分布更均匀。径向油孔布设在周向油槽的同侧有利于提升轴承内部的平均滑油体积分数,同时滑油沿周向分布的均匀性较好。轴承组件表面扩展参数受径向油孔结构的影响,其变化趋势与平均滑油体积分数的变化相似。全部采用经验公式预测得到的黏性摩擦损失整体偏高,且不能反映径向油孔结构参数的影响,数值模拟和经验公式相结合计算得到的黏性摩擦损失与直接采用数值模拟获得的结果表现出较好的一致性。

流-热-力耦合的高性能结构拓扑优化设计方法

拓扑优化和增材制造技术的快速发展为高性能复杂装备提供了高效的产品设计和制造方法。目前高性能结构拓扑优化只考虑热-力耦合或者流-热耦合的设计,且大多局限于简单结构,未考虑流-热-力三场共同作用下的设计,限制了结构性能的提升。针对流-热-力多物理场工况下的高性能复杂结构设计这一挑战,提出了一种流-热-力耦合拓扑优化方法,以提高复杂结构的承温能力。首先引入流场、温度场和结构位移场的控制方程,对计算域的流固材料进行统一表征;然后以最小化平均温度为目标,以流动能量耗散和结构柔度为约束,建立了流-热-力耦合的拓扑优化模型,并结合变分法和拉格朗日函数开展了设计变量的灵敏度分析;最后将所建立的拓扑优化模型应用于涡轮的结构设计,得到了散热性能良好、流道分布合理的可增材制造结构。

融合多源数据挖掘信息的非轴对称端壁/叶身联合成型设计空间知识挖掘

为厘清联合成型设计空间各造型方法对涡轮叶栅性能提升的贡献,将基于总变差分析的全局敏感性分析方法与平行坐标系及直方图、散点图等可视化技术相结合,提出了将多源数据挖掘信息进行融合的设计空间知识挖掘框架,并利用该框架对某小展弦比叶栅端壁/叶身联合成型设计空间进行知识挖掘。结果表明:叶栅气动损失增减对基元型线微调十分敏感;非轴对称端壁所带来的损失减少量与型线微调接近,但设计空间内不同非轴对称端壁样本性能波动较小,导致其重要性被全局敏感性分析方法低估;虽然单独采用弯叶片难以整体降低小展弦比叶栅损失,但将弯、型线微调和非轴对称端壁造型相结合可获得“1+1+1>3”的性能增益;在端壁/叶身联合成型设计空间内,将基元型线朝着后加载方向微调,并采用喉部附近下凹较深的非轴对称端壁造型及反弯叶片设计,可获得气动损失较小的叶栅设计。研究结果明晰了端壁/叶身联合成型设计空间优化解特征,可为类似小展弦比叶栅设计优化提供借鉴。

航空发动机主轴轴承高效润滑冷却技术研究进展

滚动轴承作为航空发动机的关键部件,必须依靠高效润滑冷却技术保障其在高速、高温和重载的严苛工作环境下稳定运转。与传统喷射润滑相比,环下润滑技术具有诸多优势,已成为现代发动机主轴轴承的主流润滑方式。本文围绕航空发动机主轴轴承的高效润滑冷却技术,对比了典型润滑方式,系统梳理并总结了环下润滑技术的发展现状,讨论了环下润滑轴承的润滑冷却效果,对航空发动机主轴高速轴承润滑冷却技术的未来发展趋势进行了展望,为航空轴承高效润滑冷却和精细化热管理提供参考。

新型三明治夹芯金属橡胶毡垫本构模型研究

对新型三明治夹芯金属橡胶毡垫的本构模型开展了预测研究.在分别考虑由上、下金属丝表层与不同丝材和丝径相互混压而成的多层夹芯结构形式的基础上,基于微弹簧单元理论和串/并联刚度分析法,创建了新型三明治夹芯金属橡胶毡垫的本构模型.定义了未接触、滑移接触和挤压接触3种接触状态,在推导获得不同接触状态下该毡垫的加载和卸载刚度后,实现了应力-应变曲线的预测.最后,对由铜丝和不锈钢丝构成的多款三明治夹芯金属橡胶毡垫样件开展了准静态压缩测试.实验结果表明,所建立的本构模型的最大刚度预测误差为9.1%,最大损耗因子预测误差为10.7%,具有较好的预测能力,且新型金属橡胶毡垫相比于传统金属橡胶毡垫具有更好的减振能力.相关研究成果可为新型金属橡胶毡垫构成的结构系统的关键力学参数计算与分析,提供重要的模型工具.

飞机大尺寸组件外形数字化组合测量方法研究

现代飞机装配制造过程中,面对一些大尺寸组件的外形测量任务,单独使用手持三维激光扫描仪测量存在数据融合困难、累积误差较大等问题,因此,提出一种基于手持三维激光扫描仪与摄影测量系统的组合测量方法。利用摄影测量系统建立全局测量坐标系,通过相同视觉标志点匹配来获取局部视角测量坐标系与全局坐标系的变换关系,完成手持三维激光扫描仪局部扫描数据自动拼接。通过将测量数据模型与设计原型进行对比,获得大尺寸组件外形质量分析报告。在保证测量效率的条件下,组合测量方法可以提高型面测量精度。以某机前框组件外形精度的测量分析为例,测量精度可达23.6μm,证明了该方案的有效性和可行性。

基于运营数据的发动机压气机叶片裂纹扩展规律研究

为研究航空发动机实际服役中转子叶片在复杂载荷作用下的裂纹损伤扩展规律,基于航空发动机运营数据构建叶片的裂纹扩展寿命曲线,同时采用断裂力学理论建立裂纹扩展速率公式。以高压压气机叶片为实例,通过流固耦合方法构建压气机叶片结构的载荷模型,分别采用Paris、Walker、Newman裂纹扩展速率公式对压气机叶尖区域进行三维裂纹扩展分析。仿真结果表明,三种裂纹扩展速率公式在裂纹扩展前期预测结果与发动机运营数据裂纹扩展曲线具有一致性,可较好地描述叶片裂纹扩展规律;在裂纹稳定扩展阶段,Walker和Newman公式预测结果相对危险,Paris公式预测结果吻合度较高,并且能与厂家技术手册中关于其损伤发展控制要求相互印证。

基于双向光通信的旋转部件传感参数遥测系统

为解决高旋、高温等极端环境下旋转部件传感参数原位采集和实时传输的难题,研制了多通道传感参数遥测系统。系统包含转子组件、定子组件和可视化终端。转子组件通过空间光通信实现与定子组件的双向无线数据传输。转子组件圆周轴对称、叠层架构设计降低了高速惯性力的影响。通过搭建5 000 r/min转速的模拟旋转测试环境进行系统功能和性能验证,实现采集精度0.25%,无线传输距离50 cm,传输速率10 Mbit/s和128通道同步采样率5 kHz。该设计方案为旋转部件试验和优化设计提供稳定可靠的参数测量技术。

翅形扰流片作用下的微通道换热特性

基于有限体积(FVM)离散方法和动网格技术,模拟三维矩形微通道内的翅形扰流片的主动扰流换热情况。模拟条件为层流Reynolds数50~250,扰流片的运动频率(f)10~50 Hz。结果表明,不同运动频率下的Nusselt数、摩阻系数(fr)及综合评价因子(PEC)均在一定范围内呈现类正弦变化,其周期与扰流片运动周期相同。在Re=50、f=10~50工况下,扰流片作用下的微通道PEC为0.75~1.52,并随频率的增加而上升。特别是在低频范围内,PEC表现出一定的单调性。通过引入翅形扰流片,微通道的传热效率得到了显著的提高,相较于光滑矩形微通道(PEC=1),在Re=50、f=10 Hz工况下PEC提高了5%,在Re=50、f=50 Hz的条件下PEC提高了30%。

用于三维机织物预成形变形预测的各向异性超弹性本构模型

随着三维机织物逐渐广泛应用在航空发动机叶片、机匣等复杂曲面结构的制造方面,预测三维碳纤维机织物在曲面结构制造的预成形过程中的复杂变形行为对提升纤维结构的成形质量具有重要意义。基于连续介质力学理论,本文提出一种各向异性超弹性本构模型描述三维机织物在成形过程中由于大变形所引起的各向异性力学变形行为。通过三维机织物的变形试验,建立了应变能密度函数,获取了三维机织物材料参数,并通过偏轴拉伸、半球冲压预成形有限元仿真与试验对比,验证了本文提出的超弹性本构模型的有效性。超弹性本构模型的提出可对三维机织物成形的有限元仿真模型与成形工艺优化设计起指导作用。

齿轮表面摩擦学设计与表面织构化研究进展

我国国防事业的飞速发展对航空高速齿轮提出了更高要求,而有关齿轮副表面摩擦学设计仍是薄弱环节。表面织构技术已成为摩擦学领域的研究热点,在减摩抗磨、减振、抗粘附和抗蠕爬等多个领域展示出良好的应用潜力。有关齿面织构化设计研究尚处于起步阶段,还远未能形成规范成熟的设计理念和方法。对当前在齿轮表面摩擦学设计及表面织构化方面的研究工作进行全面综述。首先从齿轮表面摩擦学设计基本要求展开介绍,指出表面粗糙度和表面纹理是齿轮副表面摩擦学设计的关键,而大量研究已经证实,不管是滚动还是滑动摩擦,并非表面越光滑摩擦学性能越优异,在齿轮副表面织构化设计方面的研究工作已经展开。随后对现有齿轮副表面织构化的研究工作进行梳理,总结齿面织构化处理后带来的性能增益,主要包括减摩抗磨效应、表面强化效应、减振和降温效应。接着,介绍齿轮弹流润滑数值计算方面的研究进展,总结在表面纹理、表面织构对齿轮副的弹流润滑特性影响机制方面的研究。随后,对齿轮副表面织构加工技术进行对比分析,主要包括织构激光刻蚀、织构掩膜电解和织构微磨料射流等特种加工技术的优劣。对现有研究不足和潜在研究方向进行展望,从织构设计和加工等方面对齿轮表面织构化设计提供指导,研究结果可为未来航空高速齿轮副表面织构化设计提供科学指导和数据支撑,填补该领域研究空白并扩大表面织构应用领域。

B、Cu共掺杂单层g-C_(3)N_(4)电子结构及光学性质的第一性原理研究

g-C_(3)N_(4)是一种极具潜力的绿色半导体光催化剂,但其带隙较宽,对可见光利用率有限。通过元素掺杂可以有效提高g-C_(3)N_(4)的光催化性能,采用第一性原理方法研究了非金属元素B和金属元素Cu共掺杂对g-C_(3)N_(4)电子结构于光学性质的影响机理,结果表明,B、Cu共掺杂g-C_(3)N_(4)(001)表面的最稳定位点为B占据H位点,而Cu占据N2位点。B、Cu共掺杂相比单一B元素掺杂可以使g-C_(3)N_(4)(001)表面的能隙和功函数进一步下降,Cu元素的加入主要改善了B掺杂的g-C_(3)N_(4)(001)表面的电子导通能力以及对光的捕捉能力,从而提高了光催化活性。

滚子与内圈打滑行为诱导的振动特性

针对滚子打滑试验研究困难的问题,通过分析滚子-内圈运动副的相对运动关系得出运动副振动特征频率的计算公式,在此基础上开展打滑试验,提取滚子纯滚动、打滑状态下的振动信号并采用短时傅里叶变换进行时频域分析,结果表明:滚子打滑会诱发一定的振动响应,其频率与滚子、内圈的转动频率相关,理论计算结果与试验结果较为吻合,可用于测算滚子打滑程度;滚子由纯滚动状态转变为打滑状态或由打滑状态转变为纯滚动状态时,纵向、切向振动的幅值均会发生突变,切向振动信号占主要成分且幅值更大。