高性能零件的性能与几何参数一体化精密加工方法与技术

随着高端装备和产品的不断发展,对装备和产品制造的性能要求也越来越多和越来越高,涌现出一大批高性能指标要求的关键零部件,其加工已由以往的单纯几何形状和尺寸精度要求,跃升为以性能要求为主、性能与几何参数一体化的精密加工要求。这些高性能零件多呈精密复杂曲面、超高精度,以及材料超硬、超脆、超黏等难加工特征,其性能受几何、材料等多因素耦合作用,采用传统工艺进行精密加工制造十分困难,存在废品率高、加工效率低,特别是性能指标难以保证等难题。从高端制造装备业的需求出发,提出并阐明了高性能零件的特点、分类以及数字化可控去除加工方式的内涵,在此基础上指出了四类高性能零件精密加工所涉及的关键问题,并着重介绍了这些问题的研究现状、存在的难点和可行的解决方案,为面向高性能要求的性能与几何参数一体化的加工理论、方法和工艺技术体系的建立提供参考,以解决高性能零件的精密制造难题。

基于飞/发性能一体化快速迭代的循环参数匹配

针对150 kN级大涵道比涡扇发动机总体性能参数匹配设计问题,以A340-300飞机对发动机的任务需求为例,采用基于飞/发性能一体化快速迭代优化方法,将飞机/发动机一体化设计与发动机总体性能优化设计进行耦合迭代,对多约束条件下的大涵道比涡扇发动机总体性能方案进行优化设计。结果表明:在保证发动机满足飞机任务需求和任务载荷要求,以及发动机尺寸、质量、污染排放要求等约束条件下,飞机的最大起飞质量较初始方案减轻约14.33%,较A340-300飞机的最大起飞质量减轻约8%~9%;燃油消耗量较初始方案减少约20.6%;在保证发动机与飞机良好匹配性的前提下,通过飞发优化迭代使发动机和飞机的设计难度都有一定程度地降低。采用的研究思路与方法是合理、可行的,具有工程实用价值。

叶型关键几何参数对超音叶栅性能的影响

超音叶型广泛应用于航空压气机,叶型的关键几何参数对其气动性能有重要影响。针对进气马赫数1.4的超音叶型,采用流场数值计算方法,研究叶型最大厚度、最大挠度及叶栅稠度对叶栅气动性能影响。研究表明:最大厚度及最大挠度变化对叶栅通道内激波结构影响很小;随着最大厚度的减小,最小损失对应的静压比增加并且耐反压能力增加,有利于实现更高压比设计;随着最大挠度减小,叶栅耐反压能力下降,最小损失近于不变,不利于高压比设计;增加稠度会造成槽道激波向叶栅通道上游偏移,直至形成脱体激波,使叶栅全工况损失增加。

高速S-CO_(2)向心透平几何参数优化及变工况特性分析

透平是热力循环中实现热功转换的核心设备,优化透平几何参数以改善气动性能,是提升系统热效率的关键。该文以面向某船舶主机烟气余热利用的超临界二氧化碳布雷顿循环透平设计参数为基础,给出向心透平主要几何参数,采用耦合CO_(2)真实物性参数的CFX仿真方法,分析几何参数动、静叶包角以及叶轮出口几何角对透平性能的影响规律并进行参数优化,进一步研究非设计工况下的透平运行特性。结果表明:增大静叶包角会使动叶前缘出现扰动涡流并减少余速损失,增大叶轮出口几何角,动叶包角对透平效率的影响规律不变,但效率峰值点会沿动叶包角减小的方向移动;动、静叶包角和叶轮出口几何角分别为49°、21.5°、25°时透平设计点总-静等熵效率高达87.99%,相比优化前,提高0.54个百分点;透平偏离设计点±20%工况下等熵效率大于80%。结果可为超临界二氧化碳高速向心透平设计提供一定参考。

玄武岩纤维几何参数对SMA-5薄层罩面性能的影响

为了分析玄武岩纤维(basalt fiber,BF)几何参数(直径和长度)对薄层罩面沥青混合料性能的影响,通过室内试验的方法对其规律进行探究。采用车辙试验、单轴贯入试验、低温小梁弯曲试验、间接拉伸开裂试验(indirect tensile asphalt cracking test,IDEAL-CT)、冻融劈裂试验、四点弯曲疲劳试验、肯塔堡飞散试验及摆式仪抗滑试验对薄层罩面混合料进行性能测试。结果表明:针对薄层罩面混合料的不同性能,玄武岩纤维几何参数对其影响规律表现出较大差异。长度较长、直径较小的纤维对混合料高温性能、抗剥落性能提升效果优良;长度较短、直径较大的纤维对混合料低温抗裂性能提升效果优良;长度较长、直径较大的纤维对混合料中温抗裂性能、疲劳性能提升效果优良;纤维几何参数对混合料水稳定性能、抗滑性能影响不显著。基于TOPSIS算法建立评价模型,综合考虑纤维几何参数对薄层罩面混合料性能的影响,对于本文所选用的不同几何参数的玄武岩纤维,评价得分排序为BF 6-16>BF 6-7>BF 6-25>BF 3-7>BF 3-16。

基于柔性铰链的一体化称重机构关键几何参数检测

一体化称重机构是高精度天平的关键部件之一,是一个零件以多组柔性铰链及杠杆实现称重功能的输出,其关键部位的几何参数是其机械性能及产品一致性的关键因素,决定了电子天平称重的准确性与稳定性。对一体称重机构的模型进行分析,确定输入输出关系公式,并结合实际使用情况明确机构的关键几何参数,探讨关键参数的检测方法,比较不同检测方式的结果,确定各参数合适的检测方法,为生产制造提供评价依据,保证产品的一致性。

整体叶盘超硬磨料柔性抛光轮几何参数与力学性能分析

整体叶盘是航空发动机关键部件,采用超硬磨料柔性抛光轮的数控抛光已成为替代人工打磨、提高整体叶盘表面质量的有效方式之一。文章以复杂母线超硬磨料柔性抛光轮为对象,分析建立等效直径及抛光力模型,从而实现抛光过程几何参数和力学性能的优化。其中,利用测力仪将抛光轮几何参数转化成力学参数,建立等效参数计算模型,通过关系式反推获得抛光轮的等效直径,从而改善动态直径测量的不准确所带来的抛光去量偏差;设计单因素正交试验测量不同加工参数下的抛光力,及各因素对抛光力的影响规律,进而在抛光轮稳定工作状态下,建立抛光力的经验模型,可用于整体叶盘数控抛光过程中的真实抛光力预测。实验证明,等效直径测量精度较动态测量可提升2.02%,抛光力的实际值和模型拟合值贴合度非常好,相关系数达到0.999。

基于参数化的墙体外保温装饰一体化系统性能优化研究

研究基于Grasshopper参数化平台,批量生成充足的研究样本并借助Ladybug与Honeybee插件对样本进行批量模拟,对比分析不同保温材料及厚度、不同封闭空气间层厚度对墙体保温性能的影响。通过模拟得到保温层厚度、封闭空气间层厚度与墙体传热系数之间较准确的非线性关系。结果表明,保温材料种类与厚度对保温装饰一体化系统保温性能影响较大,保温材料为挤塑聚苯板、聚氨酯、玻璃棉及岩棉时墙体传热系数变化趋势相似,保温层较为合理的厚度分别为60,55,65,75mm,可使其性价比最高。同时,封闭空气间层的引入有利于提升保温装饰一体化系统的保温性能,较为合理的空气间层厚度为20mm。

离心泵的进口几何参数对泵空化性能的影响

为了改善离心泵内的空化性能,基于k-ε湍流模型和SIMPLEC算法,对一个比转数为131.87的单级单吸型离心泵进行空化性能的模拟计算,通过改变叶轮进口直径、叶片进口安放角,分别对改变几何参数后的离心泵进行全流场数值模拟.设计泵的进口直径为150 mm,改变后的尺寸分别为155 mm和160 mm,模拟计算结果表明,离心泵叶轮进口直径增加到一定值时,叶轮进口直径有一最佳值,这一最佳值对离心泵效率的提高和空化余量的降低有重要的意义;设计泵的叶片前盖板进口安放角为21°,改变后的尺寸为24°,模拟计算结果表明,进口安放角增加后离心泵的效率提高,空化余量降低,空化性能得到改善.

射流喷嘴几何参数对喷灌泵自吸性能的影响

为探索射流喷嘴几何参数对射流式自吸喷灌泵自吸性能的影响规律,该文选择射流喷嘴的喷管总长L1、喷管角度θ、出口长度L2及出口直径D2为变化因素,按L9(34)正交试验的方法设计了9种不同参数的射流喷嘴,通过数值模拟得到使用9种不同射流喷嘴的泵自吸过程气液两相体积流率、叶轮进口速度、叶轮进口气相体积分布及叶轮气相体积分布规律。分析结果表明:射流喷嘴几何参数对射流式自吸喷灌泵气相及液相流率影响的主次顺序为D2>L2>L1>θ;对叶轮进口速度影响的主次顺序为L2>θ>D2>L1;对叶轮进口气相体积分布影响的主次顺序为θ>L1>D2>L2;对叶轮气相体积分布影响的主次顺序为D2>θ>L1>L2;对该射流式自吸喷灌泵射流喷嘴各几何参数最佳组合为射流喷嘴的喷管总长L1=55mm、喷管角度θ=42°、出口长度L2=2mm及出口直径D2=13mm。研究结果可为射流式自吸离心泵射流喷嘴的设计提供参考。

喷嘴几何参数对自激吸气脉冲射流性能影响的正交试验

为确定自激吸气脉冲射流喷嘴的几何参数及其交互作用对其性能影响的显著性及重要性次序,运用正交试验的方法,对自激吸气脉冲射流喷嘴的吸气性能和冲击性能进行试验研究,并通过极差分析和方差分析研究了喷嘴面积比、相对腔内面积、相对腔长等因素及其交互作用对装置的吸气性能和冲击性能影响的敏感性.2种分析方法得到的结果一致表明,自激吸气脉冲射流喷嘴几何参数对吸气性能影响的主次顺序依次为相对腔长、相对腔内面积、相对腔长与相对腔内面积的交互作用、喷嘴面积比与相对腔内面积间的交互作用、喷嘴面积比;几何参数对喷嘴冲击性能影响的主次依次顺序为喷嘴面积比、相对腔内面积、相对腔长与喷嘴面积比的交互作用、相对腔长,其中前两者对喷嘴冲击性能影响远大于后两者.验证性试验证实了正交试验结论.

叶轮几何参数对自吸泵自吸性能影响的数值分析

为研究叶轮几何参数对自吸离心泵自吸性能的影响,引用正交实验的方法,选取叶片出口角、叶片数及叶片包角3个因素设计了叶轮的9种方案。采用FLUENT软件预测各方案的外特性,并对自吸过程进行定常数值模拟以比较自吸性能的优劣,分析了所选取几何参数对自吸泵自吸性能的影响顺序,为自吸离心泵的设计提供参考。

几何参数对三维仿生运动翼推进性能的影响研究

为了研究几何参数对三维仿生运动翼推进性能的影响,基于IB-LBM算法开发了可在天河2号超级计算机上运行的大规模并行求解器。实现过程包括用浸入边界法在翼型表面构造力函数,并通过插值函数将翼型表面的力函数分散到周围流体网格点,然后通过格子波尔兹曼方法进行流体计算,更新速度场。以椭球翼、平板翼、NACA0012翼、长方体翼为研究对象,系统研究了仿生翼的几何形状对推力系数与涡系结构的影响。研究表明:椭球翼表面的涡系结构饱满且距离翼型表面最近,其推进性能最好;NACA0012翼和平板翼的涡系结构类似,推进性能相近;长方体翼由于钝体效应导致涡系结构细小且距离翼型表面较远,其推进性能最差。研究结果表明,在仿生飞行器设计中,应避免采用类似于长方体外形的钝体仿生翼,椭球翼推进性能最佳,但是由于椭球型质量分布导致对仿生飞行器连接部位质量要求较高,可采用推进性能相近的平板翼。

大型推力轴承几何参数对润滑性能的影响

本文对推力轴承的瓦张角、瓦宽、瓦内径、载荷、转速、进油边温度对润滑性能的影响,进行了分析,提出了改进建议,对指导推力轴承设计具有重要的实际意义。

几何参数对空气射流器性能影响的数值仿真研究

空气射流器是长途客车车载真空厕所系统的核心部件,一定压力的压缩空气通过空气射流器将产生抽吸便器内污水所需的真空。以空气射流器为研究对象,利用FLUENT商业软件对其内部流场进行数值模拟。分析了喷嘴距、等截面混合室长度以及扩散段锥角等3个几何参数对空气射流器性能的影响,为此类空气射流器的设计提供了一定的理论支持。

几何参数对逆流矢量喷管性能的影响研究

采用数值模拟研究了逆流矢量喷管中主要几何参数(二次流道高度G与外套管轴向长度L、横向高度C、出口边缘斜切角θ)对气动性能的影响。结果表明,L或G的增加均提高了矢量角,减少了合成推力系数,但较小的G(如0.2)更容易发生主流附体。当C=H(主喷管出口高度)时气动性能达到最佳,所对应的矢量角最大。θ对气动性能的影响较小,但对矢量角的最大值起到限制作用。

转轮几何参数对水泵水轮机水力性能影响的几点体会

本文基于国内某抽水蓄能电站转轮水力性能优化和模型试验结果,分析了几何参数对水泵水轮机转轮性能的影响,并着重对不同参数方案转轮"驼峰"特性和"S"形特性进行比较和简要分析,给出几何参数对转轮特性影响的几点体会,以期为水泵水轮机转轮的水力性能优化提供参考。

变几何参数对变循环发动机过渡态性能的影响分析

为了研究变几何参数对变循环发动机(Variable Cycle Engines,VCE)过渡态性能的影响,对功率提取法(Virtual Power Extraction Method,VPEM)进行了总结与发展,并以双轴混排涡扇发动机的VPEM模型为工具,研究了尾喷管喉部面积和涡轮导向器喉部面积对双轴混排涡扇发动机过渡态性能的影响,建立了应用于双外涵VCE的VPEM模型,并以此为工具研究了高低压涡轮导向器喉部面积、尾喷管喉部面积和后可变面积涵道引射器面积对VCE过渡态性能的影响。结果表明,变几何参数对涡扇发动机和VCE过渡态性能的影响规律一致,尾喷管喉部面积和高低压涡轮导向器喉部面积增加5%带来高压转子的功率变化分别为1.9%,6%和3.5%,低压转子功率变化分别为-3%,22%和-7%,RVABI面积对过渡态性能的影响并不显著。

两级增压涡轮几何参数对发动机性能的影响研究

基于涡轮通流模型,建立两级增压通流仿真平台,探讨了两级涡轮几何参数的改变对发动机性能的影响规律及原因,采用该平台对某车用两级增压柴油机进行仿真研究,并完成两级涡轮新的匹配设计。匹配结果表明,通过合理设计两级涡轮几何参数,可使该发动机低速扭矩提高7.4%,燃油消耗率降低6.9%。

全光纤电流互感器温度性能优化与传感环几何参数的确定

全光纤电流互感器(FOCT)系统中λ/4波片的相位延迟角容易受环境温度的影响使FOCT产生测量误差,传感光纤中的线性双折射会影响光的偏振状态也会使FOCT产生测量误差。针对以上2个问题,分析了FOCT的测量精度和环境温度的关系,提出了一种温度性能优化方法;分析了FOCT的测量精度和线性双折射的关系,提出了一种合理确定传感环几何参数的方法,并在Labview平台上对温度性能优化方法的有效性进行了仿真验证。