含呼吸式裂纹的整体叶盘的固有特性

基于ANSYS软件创建了含呼吸式裂纹整体叶盘的有限元模型,在裂纹处通过创建接触对来模拟裂纹的呼吸效应;然后,对整体叶盘和含呼吸裂纹的整体叶盘进行了模态分析,得到了其固有频率及振型,并通过对完好的整体叶盘进行模态试验验证了有限元模型的有效性;最后,对比分析不同长度、不同位置的裂纹对整体叶盘静频、动频、频率转向及振型转换的影响,为避免共振和监测整体叶盘裂纹故障提供参考依据。

电解辅助磁力研磨整体叶盘试验研究

针对航空发动机整体叶盘结构复杂和材料难以加工的特性,在磁力研磨技术的基础上引入电解作用作为辅助手段。通过电解作用产生易于处理的钝化膜,然后再引入磁力研磨加工技术,加快了对叶盘表面纹理的去除,同时使表面加工质量更加均匀。通过3D超景深电镜观测叶盘表面形貌,结果显示:经复合研磨20 min,叶盘表面纹理基本去除,表面更加细密、均匀。表面粗糙度值R_(a)由1.5μm降至0.4μm。

整体叶盘叶片加工补偿策略及实验研究

目的降低航天发动机整体叶盘的加工误差,实现产品高精度化。方法建立整体叶盘叶片加工变形量全局分布有限元模型,考虑补偿加工时刀具修正量与变形误差的耦合效应,采用多次迭代法计算叶片变形补偿量;提出反向重构几何模型补偿策略,利用补偿量对叶片几何轮廓进行重构,重新生成包含叶片变形误差信息的刀轨程序。通过某型号航空发动机整体叶盘叶片铣削加工实验和型面精度测量实验,对变形分布预测模型及所提出的反向重构模型补偿策略进行验证。结果预测结果与实验结果有很好的吻合度,平均误差为7.96%;新的补偿策略数据嵌入方式高效,可显著降低加工过程中产生的变形误差,将成品精度控制在设计的许用公差范围以内。结论所提方法可以明显提高整体叶盘叶片铣削加工质量,可为后续磨削加工提供更高型面精度的叶片零件。

压气机整体叶盘修复再制造的研究进展

压气机整体叶盘的应用,是高性能发动机的典型技术之一,但整体叶盘接触包含各种固体物的高速气流,频繁出现多种不同形式的结构损伤和性能衰退,严重制约发动机高性能、高可靠和长寿命运行。基于深度维修的整体叶盘再制造技术,是解决上述难题的有效途径。本文针对压气机整体叶盘修复再制造过程中的共性基础问题,总结国内外整体叶盘修复再制造的历史沿革和技术发展,根据整体叶盘几何结构损伤形式和服役损伤形式,从损伤可修复评估与设计、熔焊修复技术、压力焊修复技术、钎焊及激光增材修复及技术、表面加工及优/强化技术等五个部分进行系统阐述,并探讨整体叶盘修复再制造中评估设计、技术发展和深度修复等重要问题,旨在推动整体叶盘再制造技术快速发展和应用。

面向全型面精加工的整体叶盘铣磨组合加工技术研究

整体叶盘由多个叶片呈圆周阵列布置在轮毂上,由于叶身型面为弱刚性零件,精加工时刀具磨损、颤振及让刀变形较为严重,影响了加工质量的进一步提高。提出一种面向全型面精加工的整体叶盘铣磨组合加工工艺,叶片型面采用磨削加工工艺,叶根、流道区域采用铣削加工工艺,通过控制磨削与铣削刀轨重叠区域的接刀误差实现叶盘全型面加工。试验结果表明,铣磨组合加工工艺表现出较好的加工质量,接刀误差控制在0.01 mm以内,轮廓误差小于0.04 mm,并通过加工试验验证了多主轴阵列加工的可行性,在保证加工质量的同时可大幅度提升加工效率。

转子叶盘结构减振方法研究

转子叶盘结构在高速和超高速的运行状况下,可能因为失稳而剧烈振动,进而引发严重的安全事故。增大叶盘结构阻尼是减轻其振动的有效方法之一。国内外学者针对叶盘结构,开展了大量的研究,为了充分了解叶盘结构减振方法的研究进展,推动相关问题的深入研究,提出了将叶盘结构减振分为干摩擦、内摩擦和其他能量转换方式。对叶盘结构减振方法的相关研究进展进行了总结,并展望了叶盘结构减振的未来研究方向。

整体叶盘五轴数控加工技术研究

整体叶盘作为航空发动机的关键部件,其加工技术受到了广泛关注。五轴数控加工技术作为一种先进的加工方法,在整体叶盘加工中具有广泛的应用前景。基于此,探讨整体叶盘五轴数控加工技术的关键技术、应用与发展趋势,以及整体叶盘五轴数控加工及仿真。

斜向进给电解加工叶盘通道流场分析与试验

为使叶栅通道粗加工余量更加均匀,针对某型整体叶盘,采用阴极斜向进给的加工方式设计了电解液流动方案,建立阴极在不同进给量下的三维流场模型,采用COMSOL Multiphysics软件计算不同加工阶段下电解液流场的速度和压力,并进行电解加工工艺试验。结果表明:加工过程稳定,无火花、短路现象,叶盘轮毂表面光洁,表面粗糙度为Ra=0.278μm,验证了流场设计的合理性以及工装夹具的可靠性。

裂纹对航空发动机整体叶盘振动特性的影响

针对航空发动机涡轮叶盘运行中产生的疲劳裂纹改变振动特性的问题,基于有限元模态分析理论对其进行研究。建立不同裂纹长度、裂纹分布位置的整体叶盘有限元模型,分别分析动静态下固有频率的变化;分析裂纹对整体叶盘频率转向的影响;最后,通过分析含裂纹叶片在激励作用下的响应,得出其响应幅值和振动方向的变化。结果表明:裂纹会降低整体叶盘固有频率,且对低阶频率影响较大;裂纹会影响整体叶盘振型,出现振动局部化现象;裂纹的出现影响整体叶盘频率转向现象的发生;整体叶盘中含裂纹叶片的响应峰值随着裂纹长度的增加而逐渐增大,且裂纹叶片会出现大范围振动反向现象。

基于热流固的热障涂层整体叶盘振动特性研究

为了研究复杂载荷对整体叶盘振动特性的影响,基于热流固耦合方法对热障涂层整体叶盘振动特性进行研究。简化整体叶盘模型,对叶片表面涂敷热障涂层并建立整体叶盘的流场模型;在Fluent中采用热流固耦合方法对整体叶盘的表面进行气动载荷和温度载荷的模拟;最后,采用预应力模态分析法分别对不同工况下整体叶盘的振动特性进行分析。结果表明:考虑离心载荷对整体叶盘的固有频率影响最大,温度的影响最小;对比不同工况下,考虑温度载荷对整体叶盘的共振点个数无影响,气动载荷增加整体叶盘的共振点个数。

基于特征的整体叶盘加工参数优化及质量控制技术研究

针对航空发动机大型风扇钛合金整体叶盘零件加工过程中出现的让刀、振动、变形等加工问题,开展了基于特征的整体叶盘加工参数优化及质量控制方法研究。通过提取叶盘的叶片、流道、辐板等加工特征,结合叶盘轮廓铣、插铣等常用加工策略,提出针对特征弱刚性受力方向切削力控制的参数优化解决方案,并进行加工验证。结果表明,基于特征的整体叶盘加工参数优化及质量控制方法对缩短数控程序加工时间、降低最大切削力以及满足尺寸精度要求等方面有明显效果。

基于Hertz接触理论的整体叶盘百页轮抛光材料去除深度建模研究

为了揭示复杂曲面百页轮抛光的材料去除机理,假设磨粒凸出高度服从正态分布,通过Hertz接触理论得到了接触区的抛光压力分布模型,然后基于弹塑性接触理论进行单颗磨粒受力分析,结合百页轮表面磨粒凸出高度分布函数建立了磨粒切入深度模型。在此基础上,综合主轴转速、进给速度和磨粒切削沟槽形状等确定了单颗磨粒的材料去除体积,并通过沿抛光轨迹积分的方法建立了材料去除深度模型。实验结果表明,材料去除深度的预测值与实验值的最大偏差和平均偏差分别为4.85%和2.95%,验证了所建材料去除深度模型的正确性和有效性。

航空发动机整体叶盘叶片前倾抛光工序规划

通过增加前倾角的前倾抛光工艺可降低表面粗糙度。探究前倾角对抛光表面质量的影响规律对提高整体叶盘叶片的抛光效率具有重要意义。通过砂布页轮前倾抛光实验,获得P400~P1200粒度砂布页轮抛光TC4整体叶盘叶片时,用在不同抛光次数、前倾角度下的表面粗糙度。实验结果表明,抛光表面粗糙度随着前倾角的增加呈下降趋势。分析了前倾角变化对抛光表面质量的影响机制,并从多个角度进行探讨。通过量化抛光效率,研究了各粒度砂布页轮抛光效率随前倾角的变化规律,并得到了最佳前倾角度;此基础上进行抛光效率最优的抛光工序规划,并通过抛光实验进行验证。实验结果表明,优化后的抛光工序规划能在较少工序内获得合格的表面粗糙度,验证了抛光工序规划结果的可靠性。该研究为TC4整体叶盘叶片砂布页轮抛光工艺的优化提供了理论依据和实践指导。

整体叶盘叶片型面高精度六轴检测与误差补偿方法研究

为提高三坐标测量机对整体叶盘的测量效率和精度,解决大尺寸整体叶盘超出测量机量程等问题,构建了基于三坐标测量机和高精度转台的六轴测量系统。依据空间坐标变换原理建立了转台坐标系与叶盘工件坐标系的数学模型,提出了一种整体叶盘不同叶片坐标系随转台旋转后的空间误差补偿方法。检测结果表明,在保证每个叶片型面参数测量精度满足工艺要求的前提下,测量效率平均提高了28.22%。对比未配置转台的测量数据,新的六轴测量系统测量水平整体叶盘叶片型面轮廓对比误差基本在0.008 mm以内,最大对比误差小于0.015 mm,比测量倾斜整体叶盘的误差更小且更稳定。

失谐整体叶盘的改进子结构建模方法

针对复杂失谐叶盘结构振动分析中的计算效率问题,提出一种改进的子结构建模及分析方法。根据整体叶盘结构的几何特征,将其划分为轮盘及叶片子结构。然后,对叶片-轮盘交界面均匀选取减缩自由度;通过转换矩阵将减缩自由度转换为子结构的内部自由度。最后,使用子结构模态综合法完成减缩自由度的凝聚,建立整体叶盘结构的减缩模型。以某型整体叶盘为例,利用改进的子结构分析模型,在典型危险工况下评估了结构的失谐水平。研究结果表明该方法在确保计算精度的前提下能够高效求解随机失谐整体叶盘的振动响应。

含压电分流阻尼整体叶盘机电耦合有限元建模与减振性能分析

为了抑制整体叶盘的有害振动,提出了一种在叶片上均布压电分流阻尼片的减振方法。首先,在建模过程中,用压电片-叶盘基体复合单元来模拟压电片与基体之间的机电耦合,进一步将连接电阻分流减振效果等效为贴敷具有频率依赖性的黏弹性阻尼引起的效果,并将电阻分流电路以复刚度的形式引入整体叶盘有限元模型,以简化整体叶盘为对象,创建了含压电分流阻尼整体叶盘机电耦合有限元模型;第二,基于创建的动力学模型及搭建的实验系统,分析压电分流阻尼的减振效果;第三,以等间隔分布4个压电分流阻尼片的整体叶盘结构为对象进行实例研究,验证所创建的复合结构动力学模型的合理性;最后,基于创建的模型,重点分析了连接的电阻及压电片贴敷位置对整体叶盘减振效果的影响。研究结果表明:压电分流阻尼对整体叶盘具有一定的减振效果;对于电阻分流电路,存在一个最优电阻可以使减振效果最好,例如对于2阶次激励,在每个压电片连接14 kΩ分流电阻时减振效果较好;压电片贴敷在叶片根部对减振效果最佳,相比开路状态,连通分流电路后振动响应降低了18.3%。

整体叶盘叶片喷丸强化变形数值模拟及试验研究

整体叶盘因具有结构质量轻、零件数量少、气动效率高等优势而在新一代高性能航空发动机上广泛应用。为提升整体叶盘叶片疲劳性能,需要对叶片表面进行喷丸强化,喷丸后由于引入残余应力场使叶片发生整体变形,从而降低其使用性能。而喷丸强化变形受多种工艺参数影响,因此喷丸强化变形控制成为制约整体叶盘研制的关键技术之一。通过建立单弹丸撞击有限元模型、多弹丸撞击有限元模型、应力场法叶片喷丸强化变形有限元模型,实现整体叶盘叶片喷丸变形定量化数值模拟,获得叶片喷丸强化变形规律,进一步优化叶片喷丸强化参数,获得强化变形量较小的工艺方案,为后续整体叶盘叶片喷丸强化工艺方案制定提供重要数据参考。

整体叶盘电解加工电解液进液角度优化研究

整体叶盘电解加工中,流场对加工稳定性起着重要作用,电解液进液角度对流场均匀性具有重要影响。针对由叶尖至叶根流动模式,设计了5种电解液进液角度流动模型(12°、22°、32°、42°以及52°),并开展电解加工流场仿真研究。结果表明,电解液进液角度为32°时,平均流速为19.01 m/s,流速均方差为6.33,满足整体叶盘电解加工对流场的要求。在电解液进液角度为32°的流场形式下,开展整体叶盘电解加工试验,加工过程稳定,试件表面无流纹,加工精度为0.12 mm,表面粗糙度为Ra0.353μm,验证了流场的合理性。

失谐整体叶盘多模态振动抑制的吸振器阵列方法

整体叶盘是新一代高性能航空发动机的关键部件,具有结构紧凑、重量轻和推重比高等优点,但也存在结构阻尼低、模态密度高和随机失谐问题,导致其通过共振区域时振幅大,显著影响整体叶盘结构的可靠性和疲劳寿命.为有效抑制失谐整体叶盘的多模态振动,提出一种由一系列吸振器环状布置而成的吸振器阵列减振方法,通过设置多组匹配不同模态的吸振器,实现对多模态共振峰值的抑制.为揭示吸振器阵列方法的多模态减振机理,采用具有代表性的集中参数模型构建整体叶盘−吸振器阵列系统的动力学分析模型,结合解析形式的功率流分析方法,分析吸振器质量、频率调谐精度、阻尼水平以及吸振器个数等关键参数对吸振器阵列减振性能的影响.搭建了吸振器阵列方法验证实验台,并通过实验验证了吸振器阵列方法的效果.分析结果表明:吸振器阵列方法能够有效控制叶片主导与叶片−轮盘耦合型模态,能够以较小的质量实现对谐调与失谐整体叶盘多模态共振的高效抑制,减振性能的鲁棒性较好.

复杂载荷下硬涂层对整体叶盘的减振特性

为了研究硬涂层对航空发动机整体叶盘在复杂载荷下的振动影响,通过有限元分析的方法对比研究了其振动特性。首先,建立整体叶盘三维模型,导入ANSYS Workbench软件中,并在叶片的侧面添加NiCoCrAIY+YSZ硬涂层;其次,使用一维插值的方法对航空发动机整体叶盘进行稳态温度场设置,采用Fluent模块对整体叶盘气动载荷进行添加,运用预应力模态分析法研究在离心载荷、温度载荷和气动载荷作用下,硬涂层对整体叶盘非线性振动特性的影响;最后,绘制坎贝尔图,分析在不同转速下硬涂层整体叶盘的共振情况,采用谐响应分析研究其振动位移响应。结果表明:整体叶盘叶尖处更容易受到振动的影响;涂敷硬涂层可以降低整体叶盘的固有频率、响应峰值,且能减少共振点数量。可见硬涂层对整体叶盘减振具有积极影响。