航空发动机高压涡轮工作叶片热疲劳试验研究

为考核工作了一定时数的某型发动机高压涡轮工作叶片在更换涂层后的抗冷、热疲劳性能,进行了热疲劳考核试验。试验中,实现了低压条件下对复合冷却叶片温度载荷的模拟,并记录了各部位裂纹发生、扩展的情况,为复合冷却叶片的热疲劳性能分析积累了宝贵的资料。

高压涡轮叶尖径向运行间隙概率设计

为了改善高压涡轮叶尖径向运行间隙(BTRRC,Blade-Tip Radial RunningClearance)设计和控制合理性,考虑典型载荷下的热载荷和机械载荷和合理选取随机变量,在确定性分析基础上对BTRRC进行了概率设计.通过确定性分析,得出涡轮盘、叶片和机匣的径向变形以及BTRRC随时间变化规律,并找出危险点(t=180 s)作为概率设计的计算点.通过概率分析,不但得到了各部件径向变形的概率分布特征及不同稳态叶尖间隙δ下的失效数、失效概率和可靠度,还找到了影响它们径向变形和BTRRC的主要因素.综合考虑航空发动机可靠性和效率,将δ设定为1.95mm为宜,满足设计和工程要求,为BTRRC的控制和设计提供了依据.

叶片径向变形的动态概率分析方法

为了有效地进行高压涡轮叶片设计和优化,提高叶尖径向运行间隙设计和控制的合理性,本文考虑了材料属性和边界条件的非线性、载荷的动态性、变量的随机性,在确定性分析的基础上对叶片径向变形进行了动态概率分析。首先,介绍了高效率动态概率分析的极值响应面法(Extremum Response Surface Method,ERSM)及其数学模型;其次,将该方法应用到叶片径向变形的动态概率分析中,得出了各输入输出随机变量的分布特征及影响叶片径向动态变形的主要因素,即燃气温度和转子转速;最后,通过对三种方法进行比较。结果表明:ERSM的计算精度与MonteCarlo法基本保持一致,比传统响应面法稍高;其计算时间为Monte Carlo法的1/66、为传统响应面法的1/3。以此验证了该方法在叶片径向变形动态概率分析方面的可行性和有效性,为叶片径向变形的优化设计和叶尖径向运行间隙设计提供了参考。

发动机涡轮叶片孔探眼动行为的研究

高压涡轮叶片的孔探检测是航空发动机维修中最重要的检测项目,为了研究不同经验下的发动机涡轮叶片孔探的眼动行为,通过眼动仪获取不同孔探人员检测过程中的眼动数据,并依据高压涡轮叶片的本体结构将检测过程中人员的视野平面划分成了4块注视区域,并利用马尔可夫链理论对叶根、叶尖、叶身、前缘这4块注视区域进行求解,获取了视觉一步转移概率以及注意力平稳分布矩阵,根据计算结果发现熟练孔探人员在检测过程中会反复确认涡轮叶片的前缘和叶尖这两个特定结构区域是否存在故障,而非熟练孔探人员则没有一定的针对性更偏向视野平面的全域搜索,可见通过该研究能有效了解经验丰富的孔探人员在孔探过程中的视觉搜索模式,帮助缺乏检测经验的人员学习孔探检测技巧,提升检测效率。

高压涡轮瞬态叶尖径向运行间隙计算分析

为了改善现代航空发动机整体性能和可靠性,将热分析和结构分析耦合起来,以航空发动机从地面启动到巡航这一过程为研究对象,对涡轮转子进行瞬态叶尖径向运行间隙计算分析。在计算中考虑了材料、温度和离心载荷的非线性,以及惯性力和温度的复杂的边界条件,分别对叶片、轮盘和机匣的变形进行计算和分析,进而得出涡轮叶尖径向运行间隙的变化规律以及与试验相符合的计算结果。该计算分析方法为涡轮叶尖径向运行间隙的概率分析和优化设计奠定了基础。

基于QAR数据的高压涡轮叶片疲劳-蠕变寿命预测

基于发动机运行产生的快速存取记录器(Quick Access Recorder, QAR)数据,提取右发高压涡轮转速比N_(2)(高压涡轮实际工作转速与设计转速之比)编制涡轮叶片载荷谱。建立流热固耦合模型,结合QAR数据及热力分析确立计算所需热边界条件,采用有限元软件对流热固耦合问题进行求解,得到不同工况下高压涡轮叶片的温度、应力、应变分布。采用Manson-Coffin模型和Larson-Miller模型分别进行叶片疲劳、蠕变寿命的预测,重点分析了叶片有无冷却对于寿命的影响,最后通过线性损伤累积理论得到叶片的疲劳-蠕变寿命。结果表明,叶片考虑内冷问题后疲劳寿命有所提高、蠕变寿命显著提高,预测得到的疲劳-蠕变寿命和实际寿命相近,可用于发动机涡轮叶片剩余寿命的预测及维修计划的制定。

基于SVR的高压涡轮一级转叶裂纹发展规律

针对航空发动机高压涡轮一级转子叶片10~12孔区域裂纹损伤的潜在安全问题,首先利用Image J软件获取裂纹损伤数据,然后建立基于SVR的高压涡轮一级转子叶片裂纹损伤长度预测模型并检验模型的可靠性,最后利用模型对各相关因素进行深入分析。结果表明,裂纹发展长度随空气质量指数变化呈指数规律分布,随CSN、EGT和N1变化呈对数规律分布,且各相关因素的变化对裂纹损伤发展的贡献率有很大差异。

基于少量数据确定航空发动机涡轮叶片的寿命分布

通过分析第一级高压涡轮转子(HPT-1)叶片现场故障数据,综合考虑影响HPT-1叶片寿命的因素、故障模式、维修情况等,建立三维数学模型,通过降维处理得出HPT-1叶片寿命分布柱状图,使用最小二乘法减少所拟合的威布尔寿命分布曲线与柱状图之间的误差。为处理现场数据提供一种切实可行的方法,且为航空公司维修管理部门安排HPT-1叶片维修操作提供依据,对减少飞机停机时间、提高航空公司运作效益有着重要的意义。

基于高压涡轮叶片寿命损耗的航空发动机功率控制

提出了基于高压涡轮(HPT)叶片寿命损耗计算的功率控制策略.通过飞机和发动机模型在不同环境条件下进行飞行任务仿真,得到推力需求及HPT叶片温度等参数,采用逆向工程方法进行HPT叶片寿命损耗计算.结果表明:在满足推力需求的同时,采用降低HPT叶片温度的控制策略能明显减少在不同环境条件下HPT叶片寿命损耗.通过不断调整发动机高压涡轮环境温度使之工作在推力需求基线附近,达到了有效延长发动机寿命的目的,验证了高压涡轮叶片寿命损耗计算方法简单可行.表明基于HPT叶片寿命损耗的发动机功率控制降低发动机寿命周期成本的有效性.

面向运维的HPT叶片寿命数字孪生建模方法

高压涡轮(HPT)叶片是典型的高温、高负荷、结构复杂的热端部件,其寿命不仅取决于设计、制造和工艺水平,还与发动机的实际运行环境、使用条件以及维修情况等密切相关,如何融合服役阶段多模态运维数据以提高HPT叶片寿命预测精度、降低寿命预测不确定性则成为一个重要问题。在基于使用的寿命管理(UBL)方法基础上,结合数字孪生技术,提出了数据和模型融合驱动的服役HPT叶片寿命数字孪生(LDT)建模方法,基于多模态运维数据表征和跟踪HPT叶片在实际服役条件下的寿命消耗及特定使用条件下的服役寿命预测。另外,还提出了LDT涉及到的不确定性量化与管理的方法。所提方法在某HPT叶片上得到了验证,结果表明提出的LDT及不确定性量化与管理方法可以有效融合多模态运维数据,降低叶片服役载荷及寿命预测的不确定性,有效提高HPT叶片寿命数字孪生模型的保真度,能够为基于数字孪生的发动机单机寿命管理及智能运维提供基础方法支撑。

发动机高压涡轮叶片的氧化损伤分析

高压涡轮叶片是涡扇发动机中工作条件最恶劣的零部件,不仅承受转子叶片自身的离心力、振动载荷,还承受极端的热应力,极易发生损伤。在叶片的各类损伤中,氧化损伤是最常见的一种,也是造成其他损伤的一个重要因素。本文通过对涡轮叶片构造特点的分析及热损伤机理的探讨,重点介绍了叶片的氧化损伤及其表现形式,为维修人员对损伤的判定提供参考。

一起CFM56-7B发动机空停原因调查与分析

介绍了某台CFM56-7B发动机空中停车后的调查过程,确定由断裂的高压涡轮叶片导致故障,综合分析表明该叶片的失效机理为腐蚀疲劳,并提出了安全建议措施。

可调涡轮冷却系统分析与故障排除方法

对LEAP发动机可调涡轮冷却系统的设计原理进行研究,分析故障成因,为航司及维修厂制定工作范围提供帮助和指导。