航空活塞发动机气缸体内喷涂TiO-CNTs涂层热疲劳寿命研究

作     者：丁发军 刘义平 王海斌 

作者机构：中国民用航空飞行学院 南航工程技术分公司西安基地 

出 版 物：《热加工工艺》 (Hot Working Technology)

年 卷 期：2023年

学科分类：080503[工学-材料加工工程] 08[工学] 082502[工学-航空宇航推进理论与工程] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 0825[工学-航空宇航科学与技术] 

基　　金：四川省院省校合作项目(2022YFSY0048) 中国民用航空飞行学院科研项目(J2022-013) 

主　　题：航空活塞发动机 气缸体 涂层 疲劳寿命 

摘      要：航空活塞发动机气缸体内壁磨损严重影响发动机输出功率效率，甚至造成空中停车等通用航空事故征候，基于表面工程技术恢复的再制造气缸体表面性能缺乏工程验证，精确全面地评估表面磨损风险可间接降低事故发生率，提升航空运行安全。基于陶瓷相涂层的粘弹性本构模型与氧化增重模型和Cr Mo合金变形本构模型建立TiO2-CNTs与42CrMo合金层面结合的热疲劳寿命模型。仿真研究表明：涂层剪切应力、等效应力以及中间弹性主应变、热应变随航空活塞发动机巡航工况下的行程变化而变化；三维缸体-涂层仿真模型承受0.2 MPa的径向载荷和变化缸内压力(最大38936N)时，疲劳寿命保持在3.94×108h，安全系数为0.725。在敏感性为0.5时，疲劳寿命达到3.0×109h，疲劳敏感系数为1.5时，可用寿命就只有5.0×108h。该模型可较为准确的评估结合体的热应力、热应变以及热疲劳寿命，对TiO2-CNTs涂层的进一步工程应用具有指导意义。