基于失效概率的涡轮后机匣全局灵敏度分析

涡轮后机匣作为航空发动机安全的关键部件,具有工况复杂、不确定性因素多的缺点。为了探究输入随机变量的不确定性对涡轮后机匣结构失效概率的影响,建立参数化有限元模型进行确定性分析。考虑材料性能、几何参数及外部载荷的不确定性,对涡轮后机匣两种典型失效模式建立极限状态函数;通过构造自适应Kriging代理模型并结合重要抽样方法评估涡轮后机匣结构失效概率,利用基于失效概率的全局灵敏度方法对涡轮后机匣结构可靠度的不确定性来源进行分析,对各输入随机变量重要性进行排序,构建一种涡轮后机匣全局灵敏度分析框架。结果表明:涡轮后机匣在两种失效模式以及系统失效模式下,发动机推力以及线性膨胀系数对结构失效概率影响最为显著,应对其重点考虑;内外机匣长度以及材料弹性模量对涡轮后机匣结构失效概率影响较小,可对其适当忽略。

JG4247合金涡轮后机匣铸造工艺设计与优化

针对大型复杂薄壁件JG4247合金涡轮后机匣的铸造,采用ProCAST软件对不同浇注系统条件下机匣的缩松及热裂倾向性进行了对比模拟与分析。结果表明:与顶注式浇注系统相比,底注式浇注系统条件下,利用冒口和浇道可同时实现凝固过程中机匣多个变截面热节部位的补缩,是一种适合于涡轮后机匣的浇注系统设计。虽然底注条件下机匣热裂倾向性略大于顶注式浇注机匣,但进一步研究表明,机匣热裂倾向性随浇注温度降低或型壳温度升高而降低,其中受型壳温度的影响最为显著。在底注式浇注系统条件下,通过提高型壳温度可大幅度降低机匣热裂倾向性,最终可获得无裂纹、内部无宏观缩松的高冶金质量JG4247合金涡轮后机匣铸件,模拟结果与机匣实际浇注结果相吻合。

大客发动机涡轮后机匣射线检测工艺及工装试验

针对某大客发动机涡轮后机匣镍基合金整体精铸、变壁厚、多转角等结构特点,特制了在其射线检测时的专用检测工装,保证了射线检测工艺参数的一致性;通过试验优选了各项射线检测工艺参数;保证了机匣所有高应力区域及转接区域的100%检测;达到了机匣的质量检测要求,保证了机匣使用的可靠性。

燃气轮机涡轮后机匣温度场及应力分析

对某型燃气轮机涡轮后机匣加强筋发生断裂的事故进行了温度场和热应力的有限元分析计算 ,计算表明 ,涡轮后机匣表面突遇过冷而产生的巨大温度应力是造成加强筋断裂的根本原因。本文还对涡轮后机匣表面安装隔热附件后的情况进行了分析计算 ,计算表明 ,在遇到温度发生突变的不利情况下 。

某涡轮后机匣裂纹失效机理分析

为排除某航空发动机斜支板涡轮后机匣在试车后出现裂纹的故障,进行了裂纹宏观检查、断口宏观和微观形貌分析、材质检查、细晶层成因及其对疲劳特性影响分析,并对裂纹性质进行了判定,分析了产生裂纹故障的原因。结果表明:斜支板涡轮后机匣裂纹为疲劳性质,原始铸造冷隔缺陷、热等静压工艺产生的细小再结晶层、基体晶粒粗大是促使涡轮后机匣过早疲劳开裂的主要原因。为避免该类故障再次发生,建议提高浇注温度以增强浇注液流动性,从而排除冷隔缺陷;防止热等静压时产生表面细小再结晶;添加细化剂使基体晶粒细化。

基于中子衍射技术的涡轮后机匣内部残余应力评估

针对某航空发动机斜支板涡轮后机匣试车后出现的裂纹故障,利用中子衍射技术对后机匣进行了内部残余应力测试分析。建立了后机匣K4169合金中子应力快速测量方法,实现了应力测量精度≤20 MPa,最短单点测量时间≤5 min,1维空间分辨率≤1 mm。建立了K4169合金部件表层应力梯度的中子测量与解析方法,并限定入射束尺寸。利用近表面处衍射强度与质心的关系对衍射信息进行矫正,实现了具有0.1 mm 1维空间分辨率的应力表征能力。开展了后机匣周向和轴向的残余应力分布研究,结果表明:涡轮后机匣基体存在粗大晶粒组织,后机匣外壳存在平均300 MPa的周向压应力,后机匣斜支板存在400~500 MPa的拉应力。裂纹故障与粗晶/细晶组织之间残余应力分布差异有一定关系。

核心机涡轮后机匣强度和稳定性计算

涡轮后机匣的结构比较复杂，它又承受许多不同状况的外力作用。本文采用ＭＳＣ／ＮＡＳＴＲＡＮ结构分析程序系统对它进行了应力分析和稳定性计算，并用Ｉ－ｄｅａｓ图形软件作后置图形显示。

涡轮后机匣流场性能实验研究

对低压涡轮后机匣进行实验研究。对不同来流马赫数及不同来流气流角下的涡轮后机匣流场参数进行测量,分析其在不同来流条件下的整流及损失情况。研究结果表明:支板叶型为前加载且按最大厚度积叠的涡轮后机匣在设计点及非设计点状态都将气流从偏离轴向偏转到基本接近轴向,且总压损失都较小。来流马赫数的改变对后机匣出口气流角影响不大,但来流马赫数的增加会导致其总压损失增加;而来流气流角改变对其出口气流角及总压损失的影响相对较小,但出口气流角及总压损失沿径向的分布会随来流气流角的改变发生变化。

尾缘S3面积比梯度对涡轮后机匣的影响

针对整流叶栅与支板融合设计中难以采用三维叶片造型对二次流进行控制的情况,开展对涡轮后机匣内部整流叶栅尾缘S3面积比梯度的研究。以某1.5级涡轮为例,通过数值模拟的方法,对比三种设计的内部流场和气动性能,验证了降低尾缘S3面积比梯度控制角区二次流的方法。结果显示:尾缘S3面积比梯度从0.01降低到-0.05时,整流叶栅总压恢复系数从0.979升高到0.991,5%展高处S参数从0.011降低到0.005,吸力面和轮毂端壁处的回流区消失,角区分离得到有效控制;尾缘S3面积比梯度从-0.05降低到-0.10时,吸力面角区流动速度增加,5%展高处S参数不再变化、堵塞程度降低、轴向密流比(AVDR)升高、总压恢复系数升高。

涡轮后机匣支板熔模铸造工艺数值模拟及优化

针对涡轮后机匣支板熔模铸造工艺,利用ProCAST软件对铸件充型过程、型腔内压力演变、铸件缩松、缩孔缺陷等方面进行模拟,分析了缺陷形成原因。采用改进排气通道、调整支板浇注位置与时长、铸件凝固顺序等措施优化工艺,同时进行数值模拟。结果表明,优化工艺的充型过程稳定、型腔内未形成"憋气"现象,支板内无缩松、缩孔缺陷。经浇注验证,铸件质量满足ASTM E192标准要求。

陶瓷刀具在航空零部件上的应用

1.序言在航空发动机领域,高温合金材料的使用非常广泛,涵盖高压压气机、燃烧室、涡轮、涡轮后机匣及加力燃烧室等高温部件。高温合金材料硬度大、加工刀具磨损量大,零件的冷加工对刀具的依赖程度高。实现高质量、高效率且低成本加工高温合金零部件,是现代航空制造业不断追求的目标。陶瓷刀具是现代金属切削中的一种新型材料刀具,它不仅能提高生产效率,加工普通刀片不能加工的超硬材料,而且是现有各类刀具的补充,是刀具家族中的一支新生力量,近年来在航空制造业中的应用越来越广泛。

机匣类零件几何变形测量方法的研究与探索

针对机匣类零部件的几何变形测量问题,本文基于组合测量原理,提出了一种通过采集每个安装节处的变形量而获取机匣总体变形参数的技术方案。首先,分析了被测涡轮后机匣的结构特点,建立了机匣几何变形的数学模型并进行了公式推导,解算出了变形后的机匣轮廓形状与偏心位移的表达式;而后应用多台激光位移传感器搭建了非接触式的机匣几何变形精密测量系统,通过监测4个安装节处的变形量,最终获得被测机匣在产生变形后的几何形状参数,并初步进行了实验验证与应用探索,具有一定的实用意义。