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基于摩擦热效应的刷式密封摩擦副匹配性实验研究

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中国机械工程 2024年第4期35卷 636-645,690页

作者：杨艺潇孙丹兰可心赵欢冯毓钟张杰一沈阳航空航天大学航空发动机学院辽宁省航空宇航推进系统先进测试技术重点实验室沈阳110136 中国航发贵州黎阳航空动力有限公司贵阳550081 中国航空发动机集团有限公司沈阳发动机研究所沈阳110015 中国航空发动机集团有限公司航空发动机动力传输航空科技重点实验室沈阳110015

刷丝与转子涂层相互作用产生的摩擦热效应直接影响刷式密封的密封性能和使用寿命。分析了刷式密封摩擦副之间的摩擦热效应理论,设计搭建了刷式密封摩擦副摩擦热效应实验装置,设计加工了6种不同结构参数与刷丝材料的刷式密封实验件和4种... 详细信息

刷丝与转子涂层相互作用产生的摩擦热效应直接影响刷式密封的密封性能和使用寿命。分析了刷式密封摩擦副之间的摩擦热效应理论,设计搭建了刷式密封摩擦副摩擦热效应实验装置,设计加工了6种不同结构参数与刷丝材料的刷式密封实验件和4种不同涂层材料的摩擦转盘,实验研究了工况参数、结构参数以及不同摩擦副材料对刷式密封摩擦热效应的影响,通过对比分析刷式密封最高温度以及磨损前后摩擦副的磨损形貌及磨损量,获取了刷丝与转子涂层材料的匹配性关系。研究结果表明:刷式密封最高温度会随着摩擦时长的增加先迅速升高后趋于稳定,随着干涉量的增大而升高,干涉量由0.3 mm增大至0.4 mm,刷丝平均最高温升达39.96℃;最高温度随着刷丝束厚度的增加而升高,随着后挡板保护高度的增大而降低;当刷丝材料为钴基高温合金GH605时,最佳转子涂层材料为WC,当刷丝材料为镍基高温合金GH4169时,最佳转子涂层材料为ZrO_(2),此两种匹配材料能够在相同工况下产生较低的摩擦热量,且耐磨性能高于其他匹配材料。

关键词：刷式密封摩擦热效应摩擦副匹配性干涉量

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基于SMA支承的转子振动控制方法与试验研究

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振动与冲击 2024年第18期43卷 69-79页

作者：马钰祥臧朝平邢广鹏金福艺袁善虎贾志刚南京航空航天大学能源与动力学院南京210016 中国航空发动机集团有限公司中国航空发动机研究院北京101300

提出了基于形状记忆合金(shape memory alloy,SMA)可控刚度支承的转子系统过临界转速振动控制方法,并试验验证了其有效性。首先,通过对SMA弹簧开展刚度测试得到弹簧的变刚度特性,建立SMA弹簧温度-刚度模型,设计了SMA变刚度支承结构。然... 详细信息

提出了基于形状记忆合金(shape memory alloy,SMA)可控刚度支承的转子系统过临界转速振动控制方法,并试验验证了其有效性。首先,通过对SMA弹簧开展刚度测试得到弹簧的变刚度特性,建立SMA弹簧温度-刚度模型,设计了SMA变刚度支承结构。然后,提出了一种基于变刚度支承的转子系统振动响应控制方法,以带有多个变刚度支承的柔性转子系统为例,对支承的变刚度策略进行优化设计。最后,开展了基于SMA可控刚度支承的转子系统振动控制试验,过1、2阶临界最大振幅减振率分别可达到39.84%和57.93%,验证了转子系统支承刚度变化策略对过临界转速时振动抑制的有效性。

关键词：转子形状记忆合金振动控制变刚度可控刚度支承

基于流体振荡器阵列的S型流道主动控制实验研究

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推进技术 2024年第9期45卷 65-75页

作者：王士奇邵冬罗斌贾志刚陆华伟孔晓治中国航空发动机集团有限公司中国航空发动机研究院大连海事大学船舶与海洋工程学院

本文针对一个典型的大折转角、大尺度S弯流道，设计并制造了一个由16个流体振荡器组成的大型阵列，并对S弯内部流动进行了主动控制实验研究。首先采用高频响热线风速仪、高精度质量流量计等手段测量了流体振荡器的频率、速度、流量等随... 详细信息

本文针对一个典型的大折转角、大尺度S弯流道，设计并制造了一个由16个流体振荡器组成的大型阵列，并对S弯内部流动进行了主动控制实验研究。首先采用高频响热线风速仪、高精度质量流量计等手段测量了流体振荡器的频率、速度、流量等随进口压力的响应变化规律及其在大型阵列中的工作特性一致性。其次采用壁面压力采集、五孔探针等手段测量了不同激励条件下，S弯流道的壁面压力分布以及出口截面的总压分布情况。结果表明，所设计的脉冲型流体振荡器能够产生1 kHz以上，峰值速度高于300 m/s的高频高速振荡射流，且阵列中多个振荡器的流量、频率、振荡速度范围等工作特性保持了较好的一致性。流体振荡器阵列在S弯流道上壁面一弯前缘形成了一排开孔率仅为10%的脉冲射流孔，在与主流成45°射流角度、进口马赫数Ma=0.15，激励速度比uR=4.31条件下，仅使用激励质量流量比Cm=0.39%的激励质量流量，就使S弯流道的出口平均总压损失改善了10.6%。本研究验证了流体振荡器阵列控制大尺寸分离流动的高效能力。

关键词： S型流道流体振荡器阵列脉冲射流主动流动控制非定常激励器

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无反馈通道自激扫掠喷嘴工作特性

推进技术 2024年第8期45卷 156-165页

作者：王士奇温泉贾志刚中国航空发动机集团有限公司中国航空发动机研究院北京101304

无反馈通道自激扫掠喷嘴仅在压力驱动下,通过两股射流在耦合腔内部的相互作用,就能在出口实现液柱喷射方向的自激发高频变化。为了探索此新型喷嘴在航空发动机内燃油喷射的应用潜力,本研究综合采用高速阴影成像法和二维数值模拟方法,研... 详细信息

无反馈通道自激扫掠喷嘴仅在压力驱动下,通过两股射流在耦合腔内部的相互作用,就能在出口实现液柱喷射方向的自激发高频变化。为了探索此新型喷嘴在航空发动机内燃油喷射的应用潜力,本研究综合采用高速阴影成像法和二维数值模拟方法,研究了不同工作介质、不同缩比尺寸下,无反馈通道自激扫掠喷嘴的特征流速、工作频率、扫掠张角等参数随工作压降的响应变化情况。结果表明,无反馈通道自激扫掠喷嘴在较宽的工作压力范围(0.1~6 MPa)和特征尺寸范围(0.2~7 mm)内均能够实现稳定的自激发扫掠振荡喷射,产生30°以上的扫掠张角和5 kHz以上的振荡频率。无反馈通道自激扫掠喷嘴的扫掠张角基本不随压力和等比缩放特征尺寸而变化,但是其工作频率与其喉道处的特征流速成正比,与喉道宽度成反比,且其频率响应存在双模态现象。

关键词：自激扫掠喷嘴无反馈通道流体振荡器非定常数值模拟高速阴影成像法

航空发动机叶片冲击耗散能对机匣包容能力的影响研究

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振动与冲击 2024年第12期43卷 322-330页

作者：曹铁男杨治中王靖元燕吉强张代军中国航空发动机集团有限公司沈阳发动机研究所沈阳110015 中国航空发动机集团有限公司北京航空材料研究院北京100095

面向航空发动机机匣包容精细设计需求,研究飞失过程中叶片耗散能对机匣包容性的影响规律。结合打靶试验及有限元数值仿真,对以TC4靶板为对象的机匣包容原理模拟件进行研究,揭示了机匣包容能力对叶片冲击耗散能的敏感性,验证了数值分析... 详细信息

面向航空发动机机匣包容精细设计需求,研究飞失过程中叶片耗散能对机匣包容性的影响规律。结合打靶试验及有限元数值仿真,对以TC4靶板为对象的机匣包容原理模拟件进行研究,揭示了机匣包容能力对叶片冲击耗散能的敏感性,验证了数值分析方法的准确性和合理性。基于建立的简化风扇模型,明确了机匣包容不同阶段中叶片-机匣能量转化机制,分析了叶片与机匣碰撞过程中机匣包容能力对叶片材料主要参数的敏感性。结果表明,叶片在冲击、碰撞过程产生的耗散能对机匣包容能力有着明显的影响,在工程设计中可考虑通过改善叶片材料延伸率和硬化系数以及降低弹性模量等途径提升机匣的包容能力。

关键词：机匣包容叶片耗散能损伤模式本构参数

环下润滑高速滚动轴承径向收油部件优化设计与验证

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轴承 2024年

作者：高晓果刘鲁王丹丹霍帅中国航空发动机集团有限公司沈阳发动机研究所航空发动机动力传输重点实验室

采用Fluent软件对航空发动机主轴承润滑所采用的叶轮式径向收油装置进行分析，重点分析了叶轮高度、叶轮形状和轴向油槽对收油效率的影响。计算结果表明，叶轮高度越低收油效率越高；圆弧形内表面的叶轮形状会造成滑油在叶轮圆弧处堆积... 详细信息

采用Fluent软件对航空发动机主轴承润滑所采用的叶轮式径向收油装置进行分析，重点分析了叶轮高度、叶轮形状和轴向油槽对收油效率的影响。计算结果表明，叶轮高度越低收油效率越高；圆弧形内表面的叶轮形状会造成滑油在叶轮圆弧处堆积堵塞，不利于滑油进入轴向油槽从而降低收油效率；轴向油槽流通能力随着转速的升高增大，不会造成收油效率降低。根据计算分析结果，对叶轮式径向收油装置进行了改进，叶轮外径从160 mm降低到150 mm，叶轮由弧面改为直线，叶片倾角由44°降低到10°。对优化后的试验件进行试验验证，结果表明，叶轮式径向收油装置优化提升效果显著，收油效率在多转速下都能得到提高，特别是在最高转速15000 r/min工况下的收油效率从30.91%提高到57.91%，显著提高了主轴轴承的润滑和冷却效果。

关键词：高速滚动轴承叶轮径向收油装置倾角收油效率

基于无监督学习的航空发动机铸造涡轮叶片缺陷检测方法

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航空动力学报 2024年

作者：王栋欢于艾洋肖洪西北工业大学动力与能源学院中国航空发动机集团有限公司沈阳发动机研究所

为实现航空发动机涡轮叶片射线检测自动化、智能化，有效改善传统射线检测费时费力、效率低下等问题，开展基于无监督学习的涡轮叶片X-ray图像缺陷检测方法研究。基于无监督生成对抗网络，提出一种适用于航空发动机涡轮叶片X-ray图像的... 详细信息

为实现航空发动机涡轮叶片射线检测自动化、智能化，有效改善传统射线检测费时费力、效率低下等问题，开展基于无监督学习的涡轮叶片X-ray图像缺陷检测方法研究。基于无监督生成对抗网络，提出一种适用于航空发动机涡轮叶片X-ray图像的缺陷检测算法；构建由生成网络、判别网络和附加自编码网络组成的深度卷积生成对抗网络，设计重构损失、判别损失、编码损失及中间编码损失，并利用四种损失的加权之和构造目标函数；利用完好涡轮叶片X-ray图像进行模型训练，基于训练得到的生成网络建立航空发动机涡轮叶片X-ray图像缺陷检测模型。研究了输入图像大小、编码长度和重构损失对缺陷检测模型性能的影响。结果表明，模型在输入图片像素尺寸为128×128、编码长度为600、重构损失为L2的情况下检测性能最佳，Area Under Curve（AUC）可达到0.911。该缺陷检测算法能够实现实际生产缺陷零漏检的严苛技术指标，但误检率（>62.1%）较大，作为辅助检测手段应用于实际生产可将人工检测效率提高1.6倍。

关键词：无监督学习缺陷检测射线检测涡轮叶片航空发动机生成对抗卷积自编码

基于可见光波段的涡轮叶片多光谱辐射测温方法

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航空动力学报 2024年

作者：陈喜越雷庆春赵飞范玮西北工业大学动力与能源学院中国航空发动机集团有限公司沈阳发动机研究所

为克服传统红外辐射方法对航空发动机涡轮叶片进行测温时，可能遇到的叶片表面发射率变化与周围高温气体辐射带来的测量不确定性问题，旨在研究发展一种基于可见光波段的多光谱辐射测温方法。该方法根据辐射方程建立被测对象的多目标约... 详细信息

为克服传统红外辐射方法对航空发动机涡轮叶片进行测温时，可能遇到的叶片表面发射率变化与周围高温气体辐射带来的测量不确定性问题，旨在研究发展一种基于可见光波段的多光谱辐射测温方法。该方法根据辐射方程建立被测对象的多目标约束优化模型，采用混合罚函数法同时求解被测对象的温度和光谱发射率，对高温气体在可见光波段的辐射进行计算评估，从而避免了被测对象光谱发射率模型不准确及高温气体辐射干扰的问题。通过开展实验对该方法的准确性进行验证，实验中，采用丁烷火焰喷枪对镍及镍基高温合金样品进行加热，样品温度范围为1000-1200 K，同时利用预混甲烷-空气平面火焰炉提供高温燃气环境，燃气温度范围为1400-1580 K，通过多光谱辐射和热电偶同时测量样品表面的温度，多组对比实验表明，该方法与热电偶测量结果的相对误差在1.74%以内。

关键词：涡轮叶片可见光多光谱辐射测温多目标优化混合罚函数

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粒子分离器结构优化对吞雨性能改进研究

哈尔滨工程大学学报 2024年第7期45卷 1305-1313页

作者：杨群杰林阿强王家友马佳乐刘高文西北工业大学动力与能源学院陕西西安710129 西北工业大学深圳研究院广东深圳518057 中国航空发动机集团有限公司沈阳发动机研究所辽宁沈阳110015

本文采用欧拉-拉格朗日多相流粒子追踪模型对某型涡轴发动机粒子分离器进行了数值模拟,利用正交试验设计的原理进行试验并完成了对粒子分离器结构的优化,研究并揭示了粒子分离器结构参数对其分离效果和吞雨性能的影响规律。结果表明:在... 详细信息

本文采用欧拉-拉格朗日多相流粒子追踪模型对某型涡轴发动机粒子分离器进行了数值模拟,利用正交试验设计的原理进行试验并完成了对粒子分离器结构的优化,研究并揭示了粒子分离器结构参数对其分离效果和吞雨性能的影响规律。结果表明:在干工况条件下,与原型相比,优化后的模型扫气比降低4.3%,总压损失系数降低0.03%;在吞雨工况下,相比于原型,优化后的模型扫气比降低0.97%,总压损失系数降低0.039%,分离效率提高5.5%。本次结构优化基本达到了粒子分离器低总压损失高分离效率的优化要求,并且对粒子分离器吞雨性能有较大的提升。

关键词：涡轴发动机粒子分离器正交试验设计优化设计吞雨扫气比总压损失系数分离效率

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