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民用航空发动机TA19电子束焊疲劳试验

航空动力学报 2015年第1期30卷 121-128页

作者：宋利杨俊杰陈铁峰中国航空工业集团公司商用航空发动机有限责任公司研发中心上海201109

针对民用航空发动机钛合金整体叶盘常用材料TA19开展其母材试件与电子束焊焊接试件在20,300,450℃的疲劳试验,通过焊接试件的焊缝材料断口与母材断口形貌的比较探讨了焊缝材料的疲劳破坏机理,并在104～106循环的疲劳寿命区间内采用Basq... 详细信息

针对民用航空发动机钛合金整体叶盘常用材料TA19开展其母材试件与电子束焊焊接试件在20,300,450℃的疲劳试验,通过焊接试件的焊缝材料断口与母材断口形貌的比较探讨了焊缝材料的疲劳破坏机理,并在104～106循环的疲劳寿命区间内采用Basquin模型分别建立了焊缝材料和母材的应力-疲劳寿命（S-N）曲线,结果显示母材试件与焊接试件的试验疲劳寿命大部分都落在了对应模型计算疲劳寿命的2倍线之内,表明试验得到的S-N曲线是合理的.焊接试件与母材试件的S-N曲线的对比分析表明,20℃时焊接试件的疲劳性能比母材试件略高,而在300℃和450℃时焊接试件与母材试件的疲劳性能差异随应力水平发生变化.但总地说来,在所关注疲劳寿命区间内,母材试件与焊接试件的计算疲劳寿命差异也在2倍线以内,初步表明两者的疲劳性能相当.

关键词： TA19 电子束焊疲劳试验 Basquin模型 S-N曲线

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空心风扇叶片高循环疲劳试验设计与验证

航空动力学报 2017年第6期32卷 1359-1365页

作者：李迪陈云永廖连芳中国航空发动机集团有限公司商用航空发动机有限责任公司设计研发中心上海201108

基于实际大涵道比航空涡扇发动机宽弦风扇叶片的结构特征,设计、加工了空心风扇叶片结构模拟件,完成了空心风扇叶片高循环疲劳试验设计,并着重对其叶身空心结构部分抗疲劳能力进行了试验验证.试验结果表明试验夹具和试验件的设计能够完... 详细信息

基于实际大涵道比航空涡扇发动机宽弦风扇叶片的结构特征,设计、加工了空心风扇叶片结构模拟件,完成了空心风扇叶片高循环疲劳试验设计,并着重对其叶身空心结构部分抗疲劳能力进行了试验验证.试验结果表明试验夹具和试验件的设计能够完成空心风扇叶片高循环疲劳考核的目的.同时,该空心风扇叶片结构叶身部分对应1×10~7次循环的高循环疲劳强度介于370MPa至400MPa之间,满足其在最大工作状态下疲劳强度不小于324MPa的高循环疲劳设计要求.因试验件数量相对较少,仅获得了给定应力水平下的高循环疲劳寿命数据,后续可按照该技术途径和方法流程适当增加试验件数量,以获取疲劳极限进而构建其应力-疲劳寿命曲线,为工程研制奠定基础并积累数据.

关键词：空心风扇叶片高循环疲劳圆弧形燕尾榫头试验设计验证

单晶涡轮叶片三维晶体取向相关性能分析及优化

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航空动力学报 2016年第2期31卷 289-298页

作者：高靖云方磊张成成任远李颖中国航空工业集团公司中航商用航空发动机有限责任公司上海商用飞机发动机工程技术研究中心上海201108

采用单晶正交各向异性弹性本构关系,分析了三维晶体取向对单晶涡轮叶片应力分布、蠕变寿命、低周疲劳寿命及叶尖径向位移的影响.结果表明,三维晶体取向对单晶叶片上述性能存在显著影响,且3个取向角之间相互耦合,偏差角对叶片性能的影响... 详细信息

采用单晶正交各向异性弹性本构关系,分析了三维晶体取向对单晶涡轮叶片应力分布、蠕变寿命、低周疲劳寿命及叶尖径向位移的影响.结果表明,三维晶体取向对单晶叶片上述性能存在显著影响,且3个取向角之间相互耦合,偏差角对叶片性能的影响随着随机角的方位而变化,随机角对叶片性能的影响也随着偏差角的角度而不同.在此基础上,应用ISIGHT构建了单晶叶片全三维取向优化平台,以蠕变寿命、低周疲劳寿命及叶尖最大径向位移为优化目标,采用邻域培植多目标遗传算法进行了叶片三维取向优化,所得Pareto解聚集在偏差角12°的区域内.选择寿命最长的Pareto解作为最优解,相对于初始强度计算点,蠕变寿命提高6倍,低周疲劳寿命提高37倍,叶尖最大径向位移减小2.5%.

关键词：单晶涡轮叶片三维晶体取向取向相关性能多目标优化 Pareto解

SHPB实验考虑绝热变形和端面摩擦的修正方法

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航空动力学报 2018年第10期33卷 2367-2375页

作者：俞晓强郑百林杨彪史同承同济大学航空航天与力学学院上海200092 中国航空发动机集团有限公司商用航空发动机有限责任公司设计研发中心上海201100

采用高温分离式霍普金森压杆(SHPB)实验技术对GH4169高温合金进行测试,获得了材料在高应变率下的温度敏感性,并拟合了Johnson-Cook本构模型的参数。结合数值计算方法对压缩实验中试件内部的应力、应变以及温度的分布建立了一个半经验的... 详细信息

采用高温分离式霍普金森压杆(SHPB)实验技术对GH4169高温合金进行测试,获得了材料在高应变率下的温度敏感性,并拟合了Johnson-Cook本构模型的参数。结合数值计算方法对压缩实验中试件内部的应力、应变以及温度的分布建立了一个半经验的数学模型并提出了一种新的参数修正方法,将端面摩擦效应、绝热变形升温效应与SHPB实验结果进行解耦。实验结果表明:温度越高,GH4169高温合金的屈服强度以及流动应力越小。并且在SHPB实验中GH4169高温合金存在明显的绝热变形升温效应和端面摩擦效应,导致实验结果并不能真实反映材料的硬化特性。通过对原始Johnson-Cook本构方程的硬化项乘以1.2的修正系数,发现修正后的本构参数准确反映了材料在高应变率下的应力应变特性。

关键词：端面摩擦绝热变形分离式霍普金森压杆本构模型 GH4169高温合金

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叶片吸力面不同位置处气膜冷却特性对比

航空动力学报 2017年第6期32卷 1281-1288页

作者：王克菲骆剑霞田淑青朱惠人刘聪中国航空发动机集团有限公司商用航空发动机有限责任公司设计研发中心上海201108 西北工业大学动力与能源学院西安710072

在跨声速叶栅通道内,试验研究了叶片吸力面不同位置处的气膜冷却特性,详细地分析吸力面两个位置处的簸箕孔型在主流进口雷诺数为3.7×10~5、出口马赫数为0.81,0.91,1.01及气膜吹风比为0.6~2.1条件下的气膜冷却效率.结果表明:气膜孔2位... 详细信息

在跨声速叶栅通道内,试验研究了叶片吸力面不同位置处的气膜冷却特性,详细地分析吸力面两个位置处的簸箕孔型在主流进口雷诺数为3.7×10~5、出口马赫数为0.81,0.91,1.01及气膜吹风比为0.6~2.1条件下的气膜冷却效率.结果表明:气膜孔2位于大的叶片曲率位置处,该位置处主流能使得射流更好地贴附在壁面上,但是该影响有利有弊.在小吹风比下,气膜孔射流本身就能很好地贴附壁面,因而主流使得气膜贴壁较好的作用不强,而主流使得气膜展向扩展不易的负面影响却比较明显.在大吹风比下,气膜射流法向分量较大,气膜容易脱离壁面,此时,气膜孔2由于主流作用使得气膜更好地贴附在壁面上,气膜冷却效率有较大提升.

关键词：雷诺数马赫数吸力面气膜孔曲率

跨声速叶栅通道中叶片压力面簸箕孔型气膜冷却特性

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航空动力学报 2020年第8期35卷 1569-1577页

作者：李杰骆剑霞朱惠人中国航空发动机集团有限公司商用航空发动机有限责任公司设计研发中心上海201108 西北工业大学动力与能源学院西安710072

在跨声速叶栅通道内,试验研究了叶片压力面气膜冷却特性,详细地对比分析了在不同主流进口雷诺数(Re=1.7×10^5,3.7×10^5,5.7×10^5)、出口马赫数(Ma=0.81,0.91,1.01)及多个气膜吹风比(M=0.5~3.0)条件下的压力面簸箕孔型气膜冷却效率。... 详细信息

在跨声速叶栅通道内,试验研究了叶片压力面气膜冷却特性,详细地对比分析了在不同主流进口雷诺数(Re=1.7×10^5,3.7×10^5,5.7×10^5)、出口马赫数(Ma=0.81,0.91,1.01)及多个气膜吹风比(M=0.5~3.0)条件下的压力面簸箕孔型气膜冷却效率。试验结果表明:主流出口马赫数变化对气膜孔下游冷却效率的分布与具体数值均无影响;而主流进口雷诺数的影响较大。增大主流进口雷诺数使得气膜分离再贴附对应的吹风比相应增大,Re=1.7×10^5时在吹风比M=1.0时出现气膜分离与再贴附现象,而Re=3.7×10^5和Re=5.7×10^5对应的临界吹风比则分别为2.0和2.5;主流进口雷诺数越大,小吹风比下近孔区域的冷却效率越高,而在孔下游区域则相反;大吹风比下,则主流进口雷诺数越大冷却效率越小。

关键词：跨声速叶栅压力面气膜孔吹风比冷却效率

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高声强下多狭缝共振腔的吸声性能

航空动力学报 2016年第3期31卷 548-554页

作者：徐珺李晓东北京航空航天大学能源与动力工程学院北京100191 中国航空工业集团公司中航商用航空发动机有限责任公司设计研发中心上海201108

为深入理解高入射声强下多狭缝共振腔吸声机理,采用低频散低耗散的计算气动声学方法对二维多狭缝共振腔开展直接数值模拟研究.首先对标准单狭缝共振腔计算结果进行验证,随后相同的数值模拟方法被应用于相同穿孔率的多狭缝共振腔的数值... 详细信息

为深入理解高入射声强下多狭缝共振腔吸声机理,采用低频散低耗散的计算气动声学方法对二维多狭缝共振腔开展直接数值模拟研究.首先对标准单狭缝共振腔计算结果进行验证,随后相同的数值模拟方法被应用于相同穿孔率的多狭缝共振腔的数值模拟中.结果显示:高声强下涡脱落对吸声系数的贡献占据了主导地位,各入射频率下均超过68%.多狭缝低频时会导致脱落涡总能量的下降,而高频时升高;而黏性耗散作用随着共振腔狭缝数目的增加而增强.因此综合作用下低频时多狭缝共振腔对吸声效果影响不大,但在高频时多狭缝共振腔有更好的吸声效果.

关键词：共振腔多狭缝直接数值模拟计算气动声学吸声机理

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压气机过渡段造型及三维数值模拟

航空动力学报 2015年第6期30卷 1414-1422页

作者：屠秋野陈劼蒋平严红明蔡元虎西北工业大学动力与能源学院西安710072 先进航空发动机协同创新中心北京100191 中国航空工业集团公司商用航空发动机有限责任公司上海200241

提出一种基于S形曲线压气机过渡段造型方法.该方法将过渡段造型归结为S形内壁曲线拐点相对位置,面积分布率极值及其极值点相对位置3个几何控制因素.并采用此方法构造了一系列压气机过渡段,并针对这些过渡段进行三维数值模拟.结果表明:... 详细信息

提出一种基于S形曲线压气机过渡段造型方法.该方法将过渡段造型归结为S形内壁曲线拐点相对位置,面积分布率极值及其极值点相对位置3个几何控制因素.并采用此方法构造了一系列压气机过渡段,并针对这些过渡段进行三维数值模拟.结果表明:面积分布率极值是影响过渡段性能最重要的因素;可以通过调整面积分布率极值来控制过渡段最大面积处相对马赫数,减小外壁气流附面层厚度及支板形成的低压尾迹区;同时,配合变化较陡的内壁造型和合理的面积分布率曲线极值点相对位置,可以改善外壁形状,抑制附面层变厚.对于所研究的过渡段,内壁拐点相对位置为0.18,面积分布率极值点相对位置为0.20,相对马赫数为0.65时,总压损失最小.

关键词：过渡段造型 S形曲线总压损失三维数值模拟

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旋转通道内流阻特性实验的实现与验证

航空动力学报 2015年第11期30卷 2623-2629页

作者：陈豪邓宏武程俊华李洋田淑青北京航空航天大学能源与动力工程学院航空发动机气动热力国家级重点实验室北京100191 中国航空工业集团公司中国航空动力机械研究所湖南株洲412002 先进航空发动机协同创新中心北京100191 中国航空工业集团公司商用航空发动机有限责任公司设计研发中心上海201108

针对涡轮叶片的蛇形内冷通道内流阻特性的研究,在北京航空航天大学航空发动机气动热力国家级重点实验室的旋转涡轮叶片内冷通道换热实验台上构建了旋转工况的测压系统.该测压系统具有高精度、多路选通、高压高旋转数等特点.在通道进口... 详细信息

针对涡轮叶片的蛇形内冷通道内流阻特性的研究,在北京航空航天大学航空发动机气动热力国家级重点实验室的旋转涡轮叶片内冷通道换热实验台上构建了旋转工况的测压系统.该测压系统具有高精度、多路选通、高压高旋转数等特点.在通道进口雷诺数从20 000~70 000,旋转数从0~1.025的范围内,实验研究了旋转状态下,冷态与热态流场下方形截面光滑U形通道流阻系数.实验结果与国外同类实验对比验证了构建的实验系统的可靠性和优越性.实验结果表明：低雷诺数下静止工况的流阻随雷诺数增大而增大,并在雷诺数增大到一定值后转而减小.冷态下流阻随旋转数增大而增大,低旋转数下旋转对热态流阻影响并不显著,高旋转数下热态流阻随旋转数增大而显著增大.

关键词：旋转测压内冷通道高压高旋转数高雷诺数实验技术