航空动力领域氢能关键技术研究现状与趋势

航空业碳排放居高不下,随着其他产业去碳化加速,航空业碳排放占比将显著上升。氢能作为清洁能源,在航空领域具有巨大潜力,是实现航空业降碳目标的关键技术之一。本文综述了氢能在航空动力领域的应用现状,包括氢涡轮动力、氢燃料电池动力以及氢燃料航空内燃机等关键技术研究进展,分析了航空氢燃料存储技术(高温气态、低温液态、金属氢化物等)以及机场氢能基础设施建设等面临的挑战和解决方案,对氢气易燃易爆、易扩散、易造成氢脆等特性带来的安全隐患进行探究,并介绍了国际上在氢能安全方面的研究成果和经验。随着氢能技术的进步和全产业链成本的下降,氢能有望在航空业得到广泛应用,推动航空运输业实现低碳转型。

激光沉积TA15钛合金显微组织及高周疲劳性能研究

对激光沉积TA15钛合金显微组织进行研究,并分析了室温下高周疲劳裂纹的萌生和扩展特性。采用光学显微镜(OM)和扫描电子显微镜(SEM)分析了试样疲劳断口以及纵截面显微组织形貌。研究表明,激光沉积宏观组织呈现定向生长的柱状晶形貌,晶粒内部为细小的网篮组织,经过双重退火后,网篮组织有粗化趋势。疲劳源区存在与α集束尺寸相当的解理断裂平面,稳定扩展区疲劳裂纹扩展路径曲折,这与片层组织中α集束位向不同有关,一定区域内疲劳裂纹平行α片层或近似垂直α片层扩展,扩展区的二次裂纹有助于扩展能量的消耗,提高疲劳寿命。

不同气体喷嘴的燃气轮机燃烧室性能对比

将原型使用-10#柴油的燃气轮机燃烧室改为使用天然气燃料的燃烧室,遵循对原型机改动量最少的原则,只对燃油喷嘴做改动设计,其余部分不做改动。为了解改型机的喷嘴与燃烧室的匹配特性,设计了三种不同孔径的天然气喷嘴(气体喷嘴开孔大小决定了燃料的喷射速度、燃料的浓度分布,进而影响燃烧室的燃烧性能),并在改型机上进行燃烧性能试验研究。试验结果表明:改烧天然气后,设计状态燃烧效率增加,但出口温度分布有所变差,而对壁面温度分布影响不大;通过对燃烧性能进行对比分析,天然气3#喷嘴的综合燃烧性能最优。

非对称载荷下TC17合金超高周疲劳试验

通过试验研究了110Hz和20kHz两种频率正弦式非对称载荷作用下TC17合金材料的疲劳失效行为,结果表明:载荷频率对TC17合金的疲劳强度和疲劳失效机理影响不明显,两种频率载荷作用下TC17合金的疲劳失效均存在表面诱发疲劳失效和内部诱发疲劳失效。表面诱发的疲劳失效主要是由循环载荷作用下试样机械加工缺陷和表面滑移所导致的,内部诱发的疲劳失效主要是由于材料初生α相在非对称循环载荷作用下发生解理断裂而导致的,失效形式的不同使得材料的应力-疲劳寿命(S-N)曲线呈双线性。萌生于TC17合金试样内部的疲劳裂纹可分为3个阶段:初生α相的解理断裂阶段、短裂纹扩展阶段和长裂纹扩展阶段。由裂纹萌生区特征可以确定室温条件下,应力比为0.1时,TC17合金疲劳长裂纹扩展门槛值为3.3MPa·m^(1/2)。