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基于小样本量的航空发动机材料高低周复合疲劳P-S-N曲线优化方法

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材料工程 2024年第10期52卷 117-126页

作者：蔡培袁辉徐鹤鸣张屹尚侯乃先中国航发商用航空发动机有限责任公司先进技术研究部上海200241

航空发动机材料的高低周复合疲劳P-S-N曲线是评估转子部件寿命的重要依据。然而,P-S-N曲线的确定对实验时间和材料成本均有较高的要求。基于物理信息机器学习方法,提出了基于小样本量的高低周复合疲劳P-S-N曲线的优化处理方法。该方法... 详细信息

航空发动机材料的高低周复合疲劳P-S-N曲线是评估转子部件寿命的重要依据。然而,P-S-N曲线的确定对实验时间和材料成本均有较高的要求。基于物理信息机器学习方法,提出了基于小样本量的高低周复合疲劳P-S-N曲线的优化处理方法。该方法将等效寿命原理及寿命分布一致性判据通过损失函数引入极限学习机(ELM)模型,并考虑了上层输入变量和下层ELM模型参数的双层优化策略。随后通过应用疲劳实验数据,对比分析该方法与数据驱动机器学习方法以及传统P-S-N曲线拟合方法进行。结果表明:该方法不仅有效地解决了拟合过程中应力水平与高低周复合疲劳寿命标准差不呈线性关系的问题,且拟合得到的概率疲劳寿命分布与母体真值更为接近,具有较高的准确性。

关键词：疲劳 P-S-N曲线小样本数据处理

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叶片多尺度表面对压气机气动性能影响及其高性能制造研究进展

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航空学报 2024年第13期45卷 1-42,F0002页

作者：张定华何智伟张学宝罗明西北工业大学航空发动机高性能制造工业和信息化部重点实验室西安710072 西北工业大学航空发动机先进制造技术教育部工程研究中心西安710072 中国航发四川燃气涡轮研究院成都610500

叶片几何形状误差精细化控制、表面波纹度控制和布置合理的介微观仿生减阻结构是提升压气机叶片气动性能的有效手段,也是目前新一代航空发动机重点关注的方向之一。这类结构通常几何形状复杂,制造难度较大。首先,综述了叶片几何形状误... 详细信息

叶片几何形状误差精细化控制、表面波纹度控制和布置合理的介微观仿生减阻结构是提升压气机叶片气动性能的有效手段,也是目前新一代航空发动机重点关注的方向之一。这类结构通常几何形状复杂,制造难度较大。首先,综述了叶片几何形状误差、表面波纹度和介微观仿生减阻结构等不同尺度的表面特征对流场特性的改变以及不同尺度的表面结构特征对压气机气动性能的影响规律,分析了多尺度表面的制造工艺及其最新进展。其次,引出了气动性能约束下的压气机叶片高性能制造中对几何形状公差范围、表面波纹度以及介微观仿生结构制造技术的要求。最后,结合多尺度表面高性能制造发展现状,对进一步提升压气机叶片气动性能的研究内容与发展方向进行了展望。

关键词：多尺度表面几何形状误差表面波纹度仿生减阻结构气动性能高性能制造

γ⁃TiAl与Ti_(2)AlNb线性摩擦焊接头微观组织

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航空学报 2024年第13期45卷 258-265页

作者：杜随更胡弘毅丁珂西北工业大学航空发动机高性能制造工业和信息化部重点实验室西安710072 西北工业大学航空发动机先进制造技术教育部工程研究中心西安710072 三花研究院有限公司杭州310018

为促进γ-TiAl叶片与Ti_(2)AlNb轮盘异种材料整体叶盘线性摩擦焊接制造技术的发展,进行了全片层γ-TiAl与Ti_(2)AlNb的线性摩擦焊接,采用扫描电镜(SEM)、EBSD及拉伸试验方法对焊态及焊后热处理态焊接接头的微观组织及力学性能进行了分... 详细信息

为促进γ-TiAl叶片与Ti_(2)AlNb轮盘异种材料整体叶盘线性摩擦焊接制造技术的发展,进行了全片层γ-TiAl与Ti_(2)AlNb的线性摩擦焊接,采用扫描电镜(SEM)、EBSD及拉伸试验方法对焊态及焊后热处理态焊接接头的微观组织及力学性能进行了分析。结果表明,焊合区及近区的相构成自TiAl侧至Ti_(2)AlNb侧在焊态下为γ相-α_(2)相-B2相;经过800℃/2 h AC焊后热处理后转变为γ相-α_(2)相+B2相-O+B2相;γ-TiAl侧热力影响区(TMAZ)发生了片层弯折变形,Ti_(2)AlNb侧TMAZ发生了晶粒细化及再结晶。经焊后热处理接头室温及650℃抗拉强度分别达到277 MPa和478 MPa。

关键词：摩擦焊 TiAl Ti_(2)AlNb 微观组织整体叶盘

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航空发动机风扇单元体高效孔加工技术

工具技术 2024年第3期58卷 116-119页

作者：李晓伟陈鹏飞周小文张世贵熊吉健南京航空航天大学机电学院中国航发成都发动机有限公司

论述了涡扇发动机风扇单元体孔的特征、加工难点和加工刀具的设计思路。针对特征孔加工周期长、质量差的问题,设计了新型加工刀具及改进加工工艺路线,提高了加工效率和零件质量,形成一套高效的孔加工方案,有利于提升航空发动机整体制造... 详细信息

论述了涡扇发动机风扇单元体孔的特征、加工难点和加工刀具的设计思路。针对特征孔加工周期长、质量差的问题,设计了新型加工刀具及改进加工工艺路线,提高了加工效率和零件质量,形成一套高效的孔加工方案,有利于提升航空发动机整体制造水平。

关键词：高效孔加工航空发动机自动化

基于改进3参数幂函数能量法的GH4169合金热机械疲劳寿命预测

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航空发动机 2024年

作者：周浩刘飞龙李桐吴志荣方磊中国航发成都发动机有限公司南京航空航天大学能源与动力学院

为了提高对热端部件的热机械疲劳寿命预测精度，本文针对基于能量方法的热机械疲劳寿命预测模型进行分析，发现在评价热机械疲劳损伤中，弹性应变εe也起着重要作用。由此对包含非弹性应变能与弹性应变能的总应变能作为基础对3参数幂函... 详细信息

为了提高对热端部件的热机械疲劳寿命预测精度，本文针对基于能量方法的热机械疲劳寿命预测模型进行分析，发现在评价热机械疲劳损伤中，弹性应变εe也起着重要作用。由此对包含非弹性应变能与弹性应变能的总应变能作为基础对3参数幂函数能量法进行改进，并采用改进的3参数幂函数能量法对GH4169合金在316～649℃下的热机械疲劳寿命进行了预测。结果表明：采用改进的的3参数幂函数能量法的热机械疲劳寿命预测精度更高，其预测结果全部分布在试验结果的2倍分散带内；引入包含非弹性应变能和弹性应变能的总能量作为计算变量，能更全面地反映出GH4169合金在热机械疲劳中迟滞回线不对称的特征。

关键词：热机械疲劳热机械疲劳寿命 3参数幂函数能量法航空发动机

GH2787压气机叶片激光-喷丸复合强化疲劳强度提升方法

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航空动力学报 2024年

作者：胡殿印王涛杜俊良陆炜鑫毛建兴张晓杰徐兴伟王荣桥北京航空航天大学航空发动机结构强度北京市重点实验室北京航空航天大学能源与动力工程学院中国航发成都发动机有限公司北京航空航天大学航空发动机研究院

以GH2787压气机叶片为研究对象，提出激光-喷丸复合强化工艺新方案，兼顾了激光强化在残余应力层深度上的突出优势，以及喷丸强化表层残余应力水平高、可抑制表面缺陷敏感性的技术特点，从而实现叶片表面完整性的综合改善。对强化后叶... 详细信息

以GH2787压气机叶片为研究对象，提出激光-喷丸复合强化工艺新方案，兼顾了激光强化在残余应力层深度上的突出优势，以及喷丸强化表层残余应力水平高、可抑制表面缺陷敏感性的技术特点，从而实现叶片表面完整性的综合改善。对强化后叶片表面完整性及疲劳强度开展测试，结果表明：激光-喷丸复合强化对压气机叶片疲劳强度提升效果最为显著，相比于无强化叶片，疲劳强度提升20.6%；配合抛光处理后，疲劳强度增幅进一步提升至28.1%，显著高于单独采用喷丸强化的15.9%和单独采用激光强化的18.3%。研究工作为压气机叶片表面强化工艺实施及抗疲劳设计提供理论依据及数据支撑。

关键词：压气机叶片疲劳强度表面强化残余应力表面形貌

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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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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