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基于圆柱弹簧的试验止扭技术研究及试验验证

振动．测试与诊断 2024年第2期44卷 385-389,415页

作者：随静萍张坤谭云杰张建波邓志芳钟佳明刘平林能铨中国航发湖南动力机械研究所株洲412002

针对现有航空发动机轴类零件扭转疲劳试验运用止扭技术的不足,提出了基于圆柱弹簧的试验止扭方案。以目前采用止扭液压缸的相关参数为设计输入条件,进行了基于圆柱弹簧止扭装置(elastic anti-twist device,简称EATD)的工程设计和计算分... 详细信息

针对现有航空发动机轴类零件扭转疲劳试验运用止扭技术的不足,提出了基于圆柱弹簧的试验止扭方案。以目前采用止扭液压缸的相关参数为设计输入条件,进行了基于圆柱弹簧止扭装置(elastic anti-twist device,简称EATD)的工程设计和计算分析,并开展了基于圆柱弹簧的试验止扭装置的标定试验、工程验证试验。研究结果表明,该试验止扭装置较传统装置采用单元体设计简化了结构,止扭精度提高了数倍,安装时间节约了近12 h/人以上。因此,基于圆柱弹簧的试验止扭技术具有显著工程应用价值。

关键词：传动主轴扭转疲劳试验圆柱弹簧止扭技术

润滑与腐蚀防护复合涂层的设计制备及性能研究

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表面技术 2024年

作者：彭文雅李钢陈晓龙李奎陈芝来王影李璞中国航发湖南动力机械研究所

目的：为解决无机磷酸盐复合涂层本身润滑与腐蚀防护功能不可兼具的制备技术难题，方法：采用多层复合结构的设计理念，设计制备润滑与腐蚀防护兼具的功能一体化复合涂层。对多层复合涂层的组成和显微结构及其力学性能、摩擦学性能和腐... 详细信息

目的：为解决无机磷酸盐复合涂层本身润滑与腐蚀防护功能不可兼具的制备技术难题，方法：采用多层复合结构的设计理念，设计制备润滑与腐蚀防护兼具的功能一体化复合涂层。对多层复合涂层的组成和显微结构及其力学性能、摩擦学性能和腐蚀防护性能进行分析和研究。结果：试验结果表明多层复合涂层底层与基体结合良好，涂层整体界面结合良好且较致密，未出现界面分层和破裂等现象；高温摩擦磨损试验表明随着试验环境温度的升高，摩擦系数和磨损率均增大，但是增大幅度不显著，室温至600℃宽温域范围内平均摩擦系数均在0.2以下，磨损率在10×10-5mm3/(N·m)以下。复合涂层经500小时的中性盐雾试验后涂层表面无气泡、无裂纹、无锈蚀点出现。结论：表明多层复合涂层在室温至600℃范围内具有优异的润滑性能和耐磨性能；多层复合涂层具有良好的耐腐蚀防护性能。

关键词：磷酸盐涂层高温润滑腐蚀防护多层复合结构功能一体化

基于分层验证和火焰面生成流模型的燃烧室出口温度场仿真

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推进技术 2024年

作者：蒋尧彭中九王志凯刘冉宋双文中国航发湖南动力机械研究所

为实现航空发动机燃烧室出口温度场的精确预估，结合零部件试验结果，对燃烧室关键部位开展了分层验证，确认了整个燃烧室的网格策略和计算模型。采用火焰面生成流（Flamelet Generated Manifold，FGM）方法对某型发动机燃烧室出口温度... 详细信息

为实现航空发动机燃烧室出口温度场的精确预估，结合零部件试验结果，对燃烧室关键部位开展了分层验证，确认了整个燃烧室的网格策略和计算模型。采用火焰面生成流（Flamelet Generated Manifold，FGM）方法对某型发动机燃烧室出口温度场开展了仿真研究。采用了常温常压条件下的燃油喷嘴单相雾化试验结果作为燃烧室热态计算的喷雾设置的输入，选用Taylor-Analogy Breakup（TAB）二次雾化模型模拟燃油粒子的破碎过程。采用不同反应机理构建了非绝热FGM查询表以模拟热力化学特性。燃烧室计算结果与试验结果对比结果表明：旋流器、主燃孔/掺混孔以及气膜冷却孔的流量特性最大误差分别为4.7%、7%和6%；燃烧室的压力分布系数Cp计算绝对误差最高不超过0.1；燃烧室总压损失计算相对误差最高不超过5%；采用FGM模型以及Jet-A Skeletal化学反应机理计算得到的燃烧室出口温度分布曲线与试验结果吻合最佳，并通过其他两个燃烧室对比验证，验证了基于FGM模型的出口温度场仿真方法的通用性。

关键词：分层验证 FGM模型燃烧室出口温度场数值模拟

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高体积力场下火焰加速现象的数值研究

热科学与技术 2024年第2期23卷 174-180页

作者：刘禹冯留洋龙一谦李元浩文一帆中国航发湖南动力机械研究所湖南株洲412000

近现代航空燃气涡轮发动机的发展一直聚焦于提高推重比和降低耗油率,对燃烧室以及相关燃烧技术进行理论创新是关键内容之一。为了更好地在航空发动机燃烧室中利用新型超重力燃烧技术,以瑞利泰勒不稳定性为切入点对超重力燃烧进行了数值... 详细信息

近现代航空燃气涡轮发动机的发展一直聚焦于提高推重比和降低耗油率,对燃烧室以及相关燃烧技术进行理论创新是关键内容之一。为了更好地在航空发动机燃烧室中利用新型超重力燃烧技术,以瑞利泰勒不稳定性为切入点对超重力燃烧进行了数值机理研究,针对旋转管内的超重力预混燃烧进行了二维非稳态数值模拟。研究表明,圆管旋转所带来的离心力场可以加快火焰传播速度,进一步分析表明离心力诱发了火焰面强烈的瑞利泰勒不稳定性,使得火焰面面积增加,并提高了火焰整体的反应强度和传播速度。结合数值模拟结果与理论公式分析,初步明确了超重力燃烧的不同阶段和各阶段的主导因素。研究结论可以支持超紧凑燃烧室的设计,指导从瑞利-泰勒不稳定性的角度对超紧凑燃烧室内的超重力燃烧进行分析及优化。

关键词：超紧凑燃烧室超重力燃烧瑞利-泰勒不稳定性非稳态燃

航改燃机多点喷射贫预混燃烧室燃料分级实验研究

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推进技术 2024年第3期45卷 184-193页

作者：孙付军潘江华郭璐华李洁马宏宇索建秦西北工业大学动力与能源学院陕西西安710072 中国航发湖南动力机械研究所湖南株洲412002 中国航发沈阳发动机研究所辽宁沈阳110015

为保证多点喷射贫预混燃烧室在50%~100%载荷工况范围的NO_(x)和CO排放量满足排放标准,本文实验研究了燃料分级数及不同工况、进口压力、进口温度下燃料分级比例对七喷嘴燃烧室NO_(x)和CO排放的影响规律。结果表明:主模燃料不分级方案,50... 详细信息

为保证多点喷射贫预混燃烧室在50%~100%载荷工况范围的NO_(x)和CO排放量满足排放标准,本文实验研究了燃料分级数及不同工况、进口压力、进口温度下燃料分级比例对七喷嘴燃烧室NO_(x)和CO排放的影响规律。结果表明:主模燃料不分级方案,50%~60%载荷工况CO排放量较高而不满足排放标准;主模燃料分两级方案,50%~100%载荷工况范围内NO_(x)和CO排放量均满足f_(NOx)≤25×10^(-6),fCO≤50×10^(-6)(@15%O_(2))的排放标准,且70%工况是打开主模第二级燃料的过渡工况点。另外随着进口压力和温度升高,能同时满足NO_(x)和CO排放标准的R_(pilot)(副模燃料质量流量与总燃料质量流量之比)范围逐渐缩小,且NO_(x)排放量与进口压力关系为F_(NOx)∝p30.44。因此采用主模燃料两级分级方案且适当调节R_(pilot),本文多点喷射贫预混燃烧室NO_(x)和CO能满足目前航改地面燃机燃烧室排放要求。

关键词：航改燃机多点喷射贫预混燃烧低污染燃料分级

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陶瓷基复合材料可磨耗环境障涂层制备及性能

航空材料学报 2024年第3期44卷 82-94页

作者：袁世峰郭婧郭孟秋赵春玲崔永静焦健中国航发湖南动力机械研究所湖南株洲412002 中国航发北京航空材料研究院北京100095

随着碳化硅陶瓷基复材制备的涡轮外环的逐步应用,与其匹配的可磨耗涂层技术需求迫切。本工作采用大气等离子喷涂技术,制备4层结构的BSAS(Ba_(0.75)Sr_(0.25)Al_2Si_2O_8)-聚酯基可磨耗环境障涂层(A/EBCs),探究工艺参数对可磨耗面层孔隙... 详细信息

随着碳化硅陶瓷基复材制备的涡轮外环的逐步应用,与其匹配的可磨耗涂层技术需求迫切。本工作采用大气等离子喷涂技术,制备4层结构的BSAS(Ba_(0.75)Sr_(0.25)Al_2Si_2O_8)-聚酯基可磨耗环境障涂层(A/EBCs),探究工艺参数对可磨耗面层孔隙率的影响规律以及涂层在1300℃下的相结构和组织演变。利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)、透射电镜(TEM)对涂层相结构、微观组织及成分进行分析表征。结果表明:BSAS-聚酯基可磨耗面层的孔隙率为26.4%~36.8%,BSAS-聚酯粒子温度敏感的参量是主气(氩气)流量、辅气(氢气)流量和喷涂距离,速度敏感的参量是主气(氩气)流量;其中主气(氩气)流量同时对BSAS-聚酯的粒子温度和速度具有反向影响作用。该可磨耗面层在1300℃高温氧化300 h保持单斜相结构,组织和成分稳定,局部析出球状非晶氧化硅颗粒。采用高温高速刮削实验对涂层可磨耗性能进行评价,涂层表面发现纳米高温合金微粒黏附,叶片高度磨损比(IDR)为20%,达到可磨耗封严涂层使用要求。

关键词：可磨耗环境障涂层等离子喷涂碳化硅陶瓷基复合材料 BSAS 高温性能

航空发动机试车台空气雾化加湿系统设计与研究

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科学技术与工程 2024年第11期24卷 4495-4500页

作者：何鹏田骏丹田震袁先圣中国航发湖南动力机械研究所株洲412000

航空发动机检验试车时,进口空气湿度会影响对发动机性能的准确评判。针对航空发动机试车台,开展了空气雾化加湿系统设计与研究。采用基于欧拉法的气液两相流动计算方法研究了液滴喷出后的运动过程和传质过程,分析了液滴参数对空气湿度... 详细信息

航空发动机检验试车时,进口空气湿度会影响对发动机性能的准确评判。针对航空发动机试车台,开展了空气雾化加湿系统设计与研究。采用基于欧拉法的气液两相流动计算方法研究了液滴喷出后的运动过程和传质过程,分析了液滴参数对空气湿度的影响。计算结果表明:液滴直径直接影响了空气的加湿湿度,饱和水蒸气加湿流量条件下,空气温度与液滴最大允许直径成抛物线关系;低温环境时,可以通过喷射过盈的水流量增大空气湿度。根据分析结果,完成了航空发动机试车台雾化喷嘴选型和喷雾段设计,通过开启不同数量的喷嘴可以满足不同温度下进口空气的加湿需求。

关键词：空气湿度雾化加湿液滴喷嘴

基于改进GAN的水力测功器轴承故障在线诊断方法

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科学技术与工程 2024年第14期24卷 5804-5811页

作者：何鹏罗智浩胡蓉田震中国航发湖南动力机械研究所株洲412002

基于数据驱动的轴承故障诊断方法已成为轴承故障诊断领域研究的重点,但由于水力测功器轴承故障情况极少,导致基于数据驱动的轴承故障诊断准确率低。针对上述问题,提出了一种基于改进生成对抗神经网络(generative adversarial networks,G... 详细信息

基于数据驱动的轴承故障诊断方法已成为轴承故障诊断领域研究的重点,但由于水力测功器轴承故障情况极少,导致基于数据驱动的轴承故障诊断准确率低。针对上述问题,提出了一种基于改进生成对抗神经网络(generative adversarial networks,GAN)的水力测功器轴承故障在线诊断方法,首先对生GAN训练方法进行改进,用改进的GAN交替训练判别器和生成器学习原始数据的分布特性,建立了水力测功器轴承故障数据增强模型得到合成数据。然后结合原始数据和合成数据训练得到基于SVM的轴承故障诊断模型。最后采用该轴承故障诊断模型实现水力测功器轴承故障在线诊断。仿真结果表明,所提出的故障在线诊断方法通过改进GAN增强训练极大提升了轴承故障诊断的实时准确率,并具有抗噪声干扰性强的特点。

关键词：水力测功器轴承故障诊断改进GAN 数据增强

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基于风险优先数的航空发动机可靠性设计方法

航空发动机 2024年第1期50卷 102-108页

作者：张晓爽罗宿明金向明周坤中国航发湖南动力机械研究所湖南株洲412002

为了解决故障模式和影响分析难以融入航空发动机设计中的难题,提高可靠性水平,在型号研制工作中摸索出利用故障模式和影响分析中风险优先数的概念开展零部件某故障模式设计改进。运用风险优先数(RPN)的概念对设计故障模式和影响分析中... 详细信息

为了解决故障模式和影响分析难以融入航空发动机设计中的难题,提高可靠性水平,在型号研制工作中摸索出利用故障模式和影响分析中风险优先数的概念开展零部件某故障模式设计改进。运用风险优先数(RPN)的概念对设计故障模式和影响分析中严酷度和故障模式发生概率划分了1~10级评分原则,增加了故障被检测难度,且结合航空发动机特点,对故障被检测难度也划分了1~10级评分原则,得出了故障模式的风险优先数,确定了故障模式的优化排序,提出了确定风险改进项的方法。以某发动机的密封装置为例,利用严酷度、故障模式发生概率和故障被检测难度等级评分原则,得出了密封装置各故障模式风险优先数,确定了2项风险改进项。结果表明:利用严酷度、故障模式发生概率和故障被检测难度划分的1~10级评分原则进行风险优先数计算,可得出风险改进项,为提高发动机的可靠性水平提供了方向。

关键词：风险优先数严酷度故障模式发生概率故障被检测难度密封装置风险改进项航空发动机