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发动机加力内锥体屈曲分析与结构改进

热能动力工程 2023年第4期38卷 39-45页

作者：郑晓霞杨桥韩耀昆李志强太原理工大学航空航天学院山西太原030024

为了减少航空发动机加力内锥体使用中出现的屈曲失稳故障,保障发动机整机安全,基于线性屈曲理论、有限单元法理论和三维有限元数值仿真技术,开展发动机加力内锥体屈曲分析,获得加力内锥体的临界失稳载荷和屈曲失稳模式,并根据加力内锥... 详细信息

为了减少航空发动机加力内锥体使用中出现的屈曲失稳故障,保障发动机整机安全,基于线性屈曲理论、有限单元法理论和三维有限元数值仿真技术,开展发动机加力内锥体屈曲分析,获得加力内锥体的临界失稳载荷和屈曲失稳模式,并根据加力内锥体的结构形式和受载特点,提出多个结构改进措施。分析表明:加力内锥体在外压大于内压状态下临界失稳载荷较小,极易出现屈曲失稳,且失稳位移沿周向呈波瓣状分布;整体加厚方案可有效提升临界失稳载荷,但会带来重量的大幅增加,而在失稳变形较大位置增加壁厚的方案为最优改进方案。

关键词：发动机加力内锥体屈曲仿真分析结构改进

发动机铝合金缸体螺纹孔拧紧过程中的应力与变形分析

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机械科学与技术 2024年

作者：邓伟但林坪雷基林贾德文侯飞张勇成都正恒动力股份有限公司云南西仪工业股份有限公司昆明理工大学云南省内燃机重点实验室

发动机缸体与缸盖通过螺栓连接，缸体螺纹孔为轻量化材质，采用钢质螺栓拧紧时，其螺纹孔的应力与变形对缸体缸盖连接有着重要影响，进而影响发动机的运行可靠性。为此建立考虑详细螺纹的铝合金缸体螺纹连接精细有限元模型，可用于模拟... 详细信息

发动机缸体与缸盖通过螺栓连接，缸体螺纹孔为轻量化材质，采用钢质螺栓拧紧时，其螺纹孔的应力与变形对缸体缸盖连接有着重要影响，进而影响发动机的运行可靠性。为此建立考虑详细螺纹的铝合金缸体螺纹连接精细有限元模型，可用于模拟实际拧紧过程，讨论铝合金缸体螺纹孔拧紧时应力与变形分布状态。利用该模型分析了螺纹孔壁厚对紧固扭矩与紧固轴力之间关系的影响；最后分析了螺纹孔壁厚和紧固扭矩对缸体螺纹孔拧紧时应力与变形的影响。结果表明：壁厚对紧固轴力影响不显著。当壁厚与螺纹中径比值Φ/D2≥0.455时，内螺纹各螺纹牙根部和啮合第一螺纹横截面的应力分别随螺纹牙序号和径向半径呈单相指数型衰减。减小壁厚增大了螺纹孔应力集中区域和螺纹牙综合变形量。在铝合金缸体螺纹孔拧紧过程中啮合第一螺纹等效应力达到其材料抗拉强度的27.7%～34.2%时出现相对明显的塑性变形；螺纹孔塑性变形主要集中在螺牙根部，呈W型分布。基于研究结果，建议铝合金缸体螺纹孔壁厚与螺纹中径比值不小于0.455。

关键词：发动机螺纹连接螺纹孔拧紧过程应力变形

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航空发动机冲蚀损伤及防护涂层研究进展

中国表面工程 2022年第3期35卷 31-47页

作者：刘雨菲崔秀芳房永超温鑫陈晧晖金国哈尔滨工程大学材料科学与化学工程学院哈尔滨150001 中国人民解放军32382部队北京100072

航空发动机高速发展,其服役工况日渐严苛。飞机在高低空飞行、起飞和降落过程中,空气中的沙粒、火山灰、雨水和冰晶等在高速气流作用下不可避免地被吸入发动机内,与燃烧室等热端部件工作过程中产生的高温多相冲蚀流体共同作用,造成各类... 详细信息

航空发动机高速发展,其服役工况日渐严苛。飞机在高低空飞行、起飞和降落过程中,空气中的沙粒、火山灰、雨水和冰晶等在高速气流作用下不可避免地被吸入发动机内,与燃烧室等热端部件工作过程中产生的高温多相冲蚀流体共同作用,造成各类冲蚀损伤并严重影响航空发动机服役期间的安全性。开发有效的航空发动机冲蚀防护技术及高性能冲蚀防护涂层已成为航空发动机安全服役的必要保障,但目前系统介绍航空发动机冷热端部件冲蚀损伤形式的文献极少。针对航空发动机服役环境下冷热端部件的主要冲蚀形式及产生原因进行归纳,分析航空发动机服役工况特点与冲蚀破坏机理。对航空发动机用抗冲蚀涂层体系进行归类,并对其研究进展及性能进行阐述,归纳航空发动机冲蚀防护领域的测试方法和国内外各学术团队的探索性研究。总结当前研究成果并作以展望,为航空发动机冲蚀损伤的研究和新型防护涂层的设计提供参考。

关键词：发动机冲蚀防护涂层测试

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发动机进气噪声气动声源特性分析

噪声与振动控制 2023年第1期43卷 221-226页

作者：刘军苏醒马家义杨志浩张惠威张宁潍柴动力股份有限公司内燃机可靠性国家重点实验室山东潍坊261061 吉林大学汽车仿真与控制国家重点实验室长春130025

目前主要通过进气空滤器对发动机进气系统的气动噪声进行降噪,而通过对气动声源的研究进行源头降噪具有一定实际意义。但由于进气道-气门-燃烧室等的特殊性,难以测量声源的声学状况,故以进气道-气门-燃烧室为研究对象,通过仿真研究气动... 详细信息

目前主要通过进气空滤器对发动机进气系统的气动噪声进行降噪,而通过对气动声源的研究进行源头降噪具有一定实际意义。但由于进气道-气门-燃烧室等的特殊性,难以测量声源的声学状况,故以进气道-气门-燃烧室为研究对象,通过仿真研究气动声源位置分布。结果表明:进气门密封锥面处偶极子声源强度较大;两进气道的气流相遇处以及靠近壁面处四极子声源强度较大。在原有结构中改变进气门过渡圆角半径R对气动噪声源进行控制,R增大为11 mm时,偶极子和四极子声源声压级(Sound Pressure Level,SPL)峰值分别降低7 dB和8 dB,噪声主要集中在中低频区域,频率大于2 000 Hz后SPL衰减迅速。增大R可以降低噪声源处的声能量,从而降低对外表现的噪声。

关键词：声学发动机进气道气动噪声四极子声源偶极子声源

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发动机缸盖螺栓疲劳断裂失效分析

金属热处理 2023年第2期48卷 308-313页

作者：陈继林张育明孟一闫聪林鹏钢铁研究总院有限公司冶金工艺研究所北京100081 邢台钢铁有限责任公司河北邢台054027 河北机电职业技术学院河北邢台054000

通过断口(宏观)形貌分析、微观组织分析、化学成分检测以及硬度测试等手段对SCM435钢发动机缸盖螺栓的疲劳断裂进行失效分析。结果表明,失效SCM435钢缸盖螺栓的化学成分和显微组织合格,硬度符合技术要求。失效样件1的断裂原因为表面脱... 详细信息

通过断口(宏观)形貌分析、微观组织分析、化学成分检测以及硬度测试等手段对SCM435钢发动机缸盖螺栓的疲劳断裂进行失效分析。结果表明,失效SCM435钢缸盖螺栓的化学成分和显微组织合格,硬度符合技术要求。失效样件1的断裂原因为表面脱碳引起的脆性断裂,螺栓断裂部位的表面脱碳层宽为120μm;失效样件2主要是非金属夹杂物所引起的疲劳断裂,近球状的CaS-CaO-Al_(2)O_(3)-MgO复合型冶金夹杂物造成了沿晶裂纹。对材料的塑韧性、表面脱碳及非金属夹杂物等指标,提出了改善建议。

关键词：发动机缸盖螺栓疲劳断裂断口分析微观组织

零碳/低碳燃料固体氧化物燃料电池-发动机联合动力系统热力学分析

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西安交通大学学报 2023年第1期57卷 100-109页

作者：马万达魏胜利杜振华倪士栋江苏大学汽车与交通工程学院江苏镇江212013

为响应能源动力领域低碳节能的战略需求,促进固体氧化物燃料电池(SOFC)商业化应用,设计了一种SOFC-发动机联合动力系统,以NH_(3)、H_(2)、天然气为燃料,并结合尾气余热梯级利用技术。首先建立并验证了系统的数学模型,然后对系统模型进... 详细信息

为响应能源动力领域低碳节能的战略需求,促进固体氧化物燃料电池(SOFC)商业化应用,设计了一种SOFC-发动机联合动力系统,以NH_(3)、H_(2)、天然气为燃料,并结合尾气余热梯级利用技术。首先建立并验证了系统的数学模型,然后对系统模型进行了热力学分析,探究了不同零碳燃料、低碳燃料应用时关键参数对系统性能的影响。结果表明:燃料流率增大时系统效率无明显变化,H_(2)作燃料时SOFC与发动机子模块效率最佳,但使用NH3系统总效率最高,可达81.96%;当量比保持在1时可使系统整体效率达到最优;蒸汽燃料比从0.8降低到0.2时系统总效率随之升高,但其过低也会导致系统经济性变差;理想条件下,该系统应用在动力机械装置中时,考虑到SOFC装置与发动机模块的耦合性,SOFC工作温度维持在600℃~650℃为宜。

关键词：燃料电池发动机零碳燃料低碳燃料热力学分析

航空发动机排气系统单站RCS准确高效仿真方法与试验验证

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航空学报 2023年第12期44卷 226-233页

作者：陈新蕾卢立昌吉洪湖顾长青高帆施小娟南京航空航天大学电子信息工程学院雷达成像与微波光子学教育部重点实验室南京211106 南京航空航天大学能源与动力学院南京210016

准确高效的电磁散射仿真方法对设计隐身航空发动机排气系统非常重要。将特征基函数法(CBFM)、多层快速多极子算法(MLFMA)、插值分解(ID)算法和并行技术相结合,对发动机排气系统的单站雷达散射截面(RCS)进行仿真计算。插值分解(ID)可以... 详细信息

准确高效的电磁散射仿真方法对设计隐身航空发动机排气系统非常重要。将特征基函数法(CBFM)、多层快速多极子算法(MLFMA)、插值分解(ID)算法和并行技术相结合,对发动机排气系统的单站雷达散射截面(RCS)进行仿真计算。插值分解(ID)可以对单站激励矩阵进行低秩压缩,因此可以减少矩阵方程的求解次数,显著提高了传统CBFM-MLFMA的计算效率。为了验证算法的正确性,对轴对称排气系统模型进行了加工和RCS试验测试。与测试结果相比,仿真结果与其吻合良好,验证了算法的精度。

关键词：发动机排气系统电磁散射雷达散射截面(RCS) 矩量法(MoM) 特征基函数法(CBFM) 插值分解(ID)

基于RCCI的柴油-天然气-氢气三燃料发动机整机性能研究

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汽车工程 2023年第7期45卷 1192-1199页

作者：秦文瑾石晶晶徐礼辉张振东孙跃东上海理工大学机械工程学院上海200093

随着环境污染和能源消耗问题的日益严重,寻求清洁可替代燃料与新型燃烧技术已经逐渐成为当今发动机的研究重点。本文对一台柴油-天然气-氢气三燃料RCCI发动机进行数值模拟计算,探究了不同氢气添加比例对发动机整机性能的影响。研究结果... 详细信息

随着环境污染和能源消耗问题的日益严重,寻求清洁可替代燃料与新型燃烧技术已经逐渐成为当今发动机的研究重点。本文对一台柴油-天然气-氢气三燃料RCCI发动机进行数值模拟计算,探究了不同氢气添加比例对发动机整机性能的影响。研究结果表明,随着氢气添加比例的增加,缸内混合气的燃烧速率显著提升,缸内压力峰值逐渐增加且出现峰值的相位提前,缸内平均温度增加;同时,发动机指示热效率增加,等效指示燃油消耗率减小,发动机的燃油经济性得到提升;由于压力升高率与声响强度在可允许的范围内,发动机的运行工况良好;另外,排气温度会随氢气添加比例的增加而降低,废气能量呈现下降趋势。综合来看,适当增加氢气添加比例,对改善发动机的整机性能有利。

关键词： RCCI 三燃料发动机氢气整机性能

激光选区熔化成形技术在航空航天发动机制造领域的研究与应用现状

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推进技术 2023年第3期44卷 1-16页

作者：张海洲白洁马瑞王栋西北工业大学航天学院陕西西安710072 北京动力机械研究所北京100074

本文重点介绍了激光选区熔化(Selective Laser Melting,SLM)成形钛合金、镍基高温合金、铜合金等材料体系的研究进展,以及SLM装备与工艺新技术;同时综述了国内外SLM技术在航空航天发动机领域的典型应用;最后在分析现有相关研究和应用的... 详细信息

本文重点介绍了激光选区熔化(Selective Laser Melting,SLM)成形钛合金、镍基高温合金、铜合金等材料体系的研究进展,以及SLM装备与工艺新技术;同时综述了国内外SLM技术在航空航天发动机领域的典型应用;最后在分析现有相关研究和应用的基础上,讨论了SLM技术面临的挑战和未来重点研究方向。

关键词：激光选区熔化(SLM) 发动机钛合金镍基高温合金铜合金综述