MCrAlY涂层在航空发动机热端部件上的应用

第7卷 第2期 热 喷 涂 技 术

V ol.7, No.22015年6月 Thermal Spray Technology Jun., 2015

MCrAlY 涂层在航空发动机热端部件上的应用

运广涛１，２，李其连１，程旭东２

（1.北京航空制造工程研究所 高能束流加工技术重点实验室，北京100024；

2.武汉理工大学 材料复合新技术国家重点实验室，武汉 430070）

摘要：本文关注航空发动机热端部件上应用的高温涂层，包括MCrAlY 包覆涂层、粘结层和高温可磨耗封严涂层；综述了国内外关于MCrAlY 高温防护涂层、高温可磨耗封严涂层的最新研究进展；讨论了MCrAlY 高温涂层未来的发展。

关键词：MCrAlY ；高温防护涂层；高温封严涂层

中图分类号：TG174.4 文献标识码：A 文章编号：1674-7127（2015）06-0002-06 DOI 10.3969/j.jssn.1674-7127.2015.02.002

The Application of MCrAlY Coatings on Aeroengine Hot-section Components

YUN Guang-tao 1，2，LI Qi-lian 1，CHENG Xu-dong 2

(https://www.wendangku.net/doc/7413170924.html,boratory of Science and Technology on Power Beam Processes ，

Beijing Aeronautical Manufacturing Technology Research Institute ，Beijing 100024，China ；2.State Key Laboratory of Advanced Technology for Materials Synthesis and Progressing ，

Wuhan University of Technology ，Wuhan 430070，China)

Abstract ：This paper focuses on the application of high-temperature coatings on aeroengine hot-section components ，including MCrAlY overlay coatings ，bond coatings and high-temperature abradable seal coatings. Recent progesses in MCrAlY high-temperature protective coatings and high-temperature abradable seal coatings are reviewed. The development prospect of MCrAlY high-temperature coatings is also discussed.Key words ：MCrAlY ；High-temperature protective coatings ；High-temperature seal coatings

作者简介：运广涛（1990-），男，天津宁河人，硕士研究生. E-mail:yunguangtao416@https://www.wendangku.net/doc/7413170924.html,

随着航空工业的发展，军用大型发动机涡轮进口温度已增至1850～2000K ，航空发动机热端部件的工作温度越来越高，并受到高温燃气的氧化和腐蚀作用[1]。出于提高发动机效率、降低油耗、提高发动机热端部件使用寿命等目的，50多年来，MCrAlY 涂层以其很好的抗 高温氧化和抗热腐蚀性能，成为航空发动机热端部件高温防护系统中不可缺少的部分[2-3]。

目前，根据使用的目的不同，MCrAlY 涂层一般通过EB-PVD 、热喷涂、离子镀等方法制备，主要组成为Ni ，Co ，Ni ＋Co 等基体元素；Al 用来形成保护性的氧化膜,Cr 用于促进氧化膜的形成,并提高涂层抗热腐蚀能力，Y 用来提高氧化膜的粘附性,Si,Hf,Ti,Re,Zr 等元素中的一种或多种以满足一些特定的应用需求[4-6]。涂层成分及结构决定了涂层的化学性能、机械性能等一系列性能。

第2期· 7 ·

本文结合近年MCrAlY涂层相关的研究进展，总结这种材料在高温防护涂层（包覆涂层，粘结层）、高温封严涂层中的研究和应用，以期对涂层成分结构设计、制备工艺、性能评价提供一些借鉴意义。

１　ＭＣｒＡｌＹ高温防护涂层

MCrAlY涂层广泛地用作高温合金的包覆涂层和热障涂层体系（TBCs）中的粘结层，它的抗高温氧化作用来源于在服役的过程中形成一层连续致密、低生长速率且稳定性好的氧化铝层。随着工作温度的逐步提高，为了保障发动机热端部件能够长时间稳定的工作，许多科学工作者们通过采用不同的制备工艺，研发更先进的材料，优化MCrAlY合金的组成、结构等方法，希望能够进一步提高涂层的粘结性能、抗高温氧化腐蚀性能和应变容限[7-9]。

P.Richer[10]等研究和比较了由大气等离子喷涂（APS）、超音速火焰喷涂（HVOF）、冷喷涂（CGDS）制备的三种CoNiCrAlY粘结层的形貌及恒温氧化性能（1000℃）。在恒温氧化之前，HVOF和CGDS制备的涂层微观形貌类似，而APS制备的涂层含有较多的孔隙及氧化物；经过100h恒温氧化实验，粘结层的抗氧化性能：CGDS>HVOF>APS。采用低温高速的制备方法降低涂层在制备过程中的氧化及孔隙率，提高粘结层的抗高温氧化性能。

近年来，由于HOVF技术制备的MCrAlY涂层成本低、孔隙率低、良好的结合性能等，这种技术逐渐被广泛的使用。G.Marginean[11]等通过不同的涂层预处理技术（预氧化、真空热处理、电子束重熔），比较了由HVOF制备的CoNiCrAlY 涂层的循环氧化性能，并且记录比较了涂层冷却过程中的表面温度。涂层预处理采用真空热处理及电子束重熔技术，在1000℃循环氧化过程（5h）形成了薄而致密的Al2O3氧化膜，厚度分别为1.5μm和2.5μm。采用预氧化及没有预处理的涂层氧化层达5μm，并含有孔隙。另一方面，通过冷却过程中表面温度的测试曲线可以粗略估计涂层的氧化行为（例如氧化速率是否稳定，氧化速率快慢等）。Nidhi Rana[12]等采用HVOF技术制备了NiCrAlY涂层,研究了这种涂层的氧化行为及其微观形貌。通过900℃循环氧化增重曲线，氧化初期涂层质量快速增长，这可能是由于Al的外扩散并形成氧化层，但是经过50个循环以后涂层质量变化很小，表明Al2O3已经形成，Al的外扩散已经停止。Jianming Liu[13]等采用HVOF技术制备了NiCrAlY和NiCoCrAlY涂层，比较和分析了真空热处理和涂层热膨胀系数的变化对涂层循环氧化性能的影响。采用真空热处理（1050℃)有助于涂层表面形成致密连续的氧化膜，而且循环氧化过程中涂层增重明显降低；NiCoCrAlY 涂层的（0～1000℃）热膨胀系数逐渐增大，近似一条直线，而NiCrAlY涂层的热膨胀系数在600℃～900℃之间发生非线性变化，由此分析可知，在这个阶段会产生更多的体积应力，导致表面氧化层易于剥落。因此，MCrAlY涂层的化学组成与热膨胀系数曲线的关系是设计该类涂层的一个新的原则。

中科院金属所主要采用了电弧离子镀技术优化MCrAlY涂层的组成和结构，研究了涂层的抗氧化热腐蚀性能和元素扩散行为。L.Huang[7]等,S. M.Jiang[9/14-15]等,于大千等[16],李海庆等[2]制备了NiCrAlYRe、NiCoCrAlYSi梯度涂层、NiCrAlY 梯度涂层、NiCrAlY-Al-Al2O3涂层。研究结果表明，Re通过提高α-Cr析出颗粒的稳定性（α-Cr 与α-Al2O3的热膨胀系数相近），间接的提高界面的稳定性，降低热应力，提高氧化层的粘结性，结果改善了NiCrAlYRe涂层的抗循环氧化性能，在1200个循环后，涂层表面氧化层仍为α-Al2O3。NiCoCrAlYSi梯度涂层通过沉积NiCoCrAlYSi，再沉积一层Al，然后真空炉热处理，通过元素的扩散得到梯度结构的涂层。当基体合金中含有Re，在氧化过程中，会促进Cr（Re，W）富集相析出，形成扩散阻挡层；当基体合金中不含有Re，在氧化过程中形成Cr（W）富集相，形成扩散阻挡层，阻挡层都有效的阻止Al的内扩散。外层富Al，内层富Cr的梯度结构，不仅能够避免在氧化过程中涂层脆性的增加，熔点的降低，而且改善了涂层应力分布[17]。NiCrAlY梯度涂层也通过类似的工艺得到了外层富Al内层富Cr的

MCrAlY涂层在航空发动机热端部件上的应用

航空发动机构造及强度复习题

航空发动机构造及强度复习 一、基本概念 1. 转子叶片的弯矩补偿 2. 转子的自位作用 3. 动不平衡与动不平衡度 4. 静不平衡与静不平衡度 5. 挠轴转子与刚轴转子 6. 转子叶片的静频与动频 7. 转子的临界转速8. 转子的同步正涡动与同步反涡动 9. 转子的同步正进动与同步反进动10. 持久条件疲劳极限 11. 尾流激振12. 恰当半径 13. 陀螺力矩14. 压气机叶片的安全系数 15. 轮盘的破裂转速16. 应力比 17. 动刚度18. 动波 19. 低循环疲劳20. 轮盘的局部安全系数与总安全系数 二、基本问题 1.航空燃气涡轮发动机有哪几种基本类型？ 2.航空发动机工作叶片受到哪些负荷？ 3.风扇叶片叶尖凸台的作用是什么？ 4.航空燃气涡轮发动机中，两种基本类型发动机的优缺点有哪些？ 5.列举整流叶片与机匣联接的三种基本方法。 6.压气机转子设计应遵循哪些基本原则？ 7.压气机防喘在结构设计方面有哪些措施？ 8.压气机转子有哪三种结构形式？各有何优缺点？ 9.发动机转子轴向力减荷有哪三项措施？ 10.叶片颤振的必要条件是什么？说明颤振与共振的区别。 11.疲劳破坏有哪些基本特征？ 12.燕尾形榫头与枞树形榫头有哪些主要特点？ 13.说明疲劳损伤的理论要点。 14.轮盘有几种振动形式，各举例画出一个振型图。 15.航空发动机燃烧室由哪些基本构件组成？ 16.排除叶片共振故障应从哪几个方面考虑？举例说明各方面的具体措施。 17.什么是等温度盘，为什么采用等温度盘，其温度条件是什么？ 18.涡轮相比的结构特点是什么？ 19.涡轮部件冷却的目的及对冷却气的要求是什么？在涡轮部件上采用的冷却、散热、 隔热措施有哪些？

航空发动机试验测试技术

航空发动机试验测试技术 航空发动机是当代最精密的机械产品之一，由于航空发动机涉及气动、热工、结构与 强度、控制、测试、计算机、制造技术和材料等多种学科，一台发动机内有十几个部件和 系统以及数以万计的零件，其应力、温度、转速、压力、振动、间隙等工作条件远比飞机 其它分系统复杂和苛刻，而且对性能、重量、适用性、可靠性、耐久性和环境特性又有很 高的要求，因此发动机的研制过程是一个设计、制造、试验、修改设计的多次迭代性过程。在有良好技术储备的基础上，研制一种新的发动机尚要做一万小时的整机试验和十万小时 的部件及系统试验，需要庞大而精密的试验设备。试验测试技术是发展先进航空发动机的 关键技术之一，试验测试结果既是验证和修改发动机设计的重要依据，也是评价发动机部 件和整机性能的重要判定条件。因此“航空发动机是试出来的”已成为行业共识。 从航空发动机各组成部分的试验来分类，可分为部件试验和全台发动机的整机试验， 一般也将全台发动机的试验称为试车。部件试验主要有：进气道试验、压气机试验、平面 叶栅试验、燃烧室试验、涡轮试验、加力燃烧室试验、尾喷管试验、附件试验以及零、组 件的强度、振动试验等。整机试验有：整机地面试验、高空模拟试验、环境试验和飞行试 验等。下面详细介绍几种试验。 1进气道试验 研究飞行器进气道性能的风洞试验。一般先进行小缩比尺寸模型的风洞试验，主 要是验证和修改初步设计的进气道静特性。然后还需在较大的风洞上进行l／6或l／5的 缩尺模型试验，以便验证进气道全部设计要求。进气道与发动机是共同工作的，在不同状 态下都要求进气道与发动机的流量匹配和流场匹配，相容性要好。实现相容目前主要依靠 进气道与发动机联合试验。 2，压气机试验 对压气机性能进行的试验。压气机性能试验主要是在不同的转速下，测取压气机特性 参数(空气流量、增压比、效率和喘振点等)，以便验证设计、计算是否正确、合理，找出 不足之处，便于修改、完善设计。压气机试验可分为： (1)压气机模型试验：用满足几何相似的缩小或放大的压气机模型件，在压气机试验台上按任务要求进行的试验。 (2)全尺寸压气机试验：用全尺寸的压气机试验件在压气机试验台上测取压气机特性，确定稳定工作边界，研究流动损失及检查压气机调节系统可靠性等所进行的试验。 (3)在发动机上进行的全尺寸压气机试验：在发动机上试验压气机，主要包括部件间的匹配和进行一些特种试验，如侧风试验、叶片应力测量试验和压气机防喘系统试验等。 3，燃烧室试验 在专门的燃烧室试验设备上，模拟发动机燃烧室的进口气流条件(压力、温度、流量) 所进行的各种试验。主要试验内容有：燃烧效率、流体阻力、稳定工作范围、加速性、出 口温度分布、火焰筒壁温与寿命、喷嘴积炭、排气污染、点火范围等。 由于燃烧室中发生的物理化学过程十分复杂，目前还没有一套精确的设计计算方法。因此，燃烧室的研制和发展主要靠大量试验来完成。根据试验目的，在不同试验器上，采 用不同的模拟准则，进行多次反复试验并进行修改调整，以满足设计要求，因此燃烧室试 验对新机研制或改进改型是必不可少的关键性试验。

先进航空发动机关键制造技术研究

ARTICLES 学术论文 引言 航空发动机的设计、材料与制造技术对于航空工业的发展起着关键性的作用，先进的航空动力是体现一个国家科技水平、军事实力和综合国力的重要标志之一。随着航空科技的迅速发展，面对不断提高的国防建设要求，航空发动机必须满足超高速、高空、长航时、超远航程的新一代飞机的需求。 近年来，航空工业发达国家都在研制高性能航空发动机上投入了大量的资金和人力，实施一系列技术开发和验证计划，如“先进战术战斗机发动机计划（ATFE ）”、“综合高性能涡轮发动机技术（IHPTET ）计划”及后续的VAATE 计划、英法合作军用发动机技术计划（AMET ）等。在这些计划的支持下，美国的F119、欧洲的 EJ200、法国的M88和俄罗斯的AL-41F 等推重比10 一级发动机陆续问世。 为了提高发动机的可靠性和推力，先进高性能发动机采用了大量新材料，且结构越来越复杂，加工精度要求越来越高，对制造工艺提出了更高的要求。而且，在新一代航空发动机性能的提高中，制造技术与材料的贡献率为 50%~70%，在发动机减重方面，制造技术和材料的贡献率占70%~80%，这也充分表明先进的材料和工艺是航空发动机实现减重、增效、改善性能的关键。 1 航空发动机的材料、结构及工艺特点 在提高发动机可靠性和维护性的同时，为了提高发动机的推力和推重比，航空发动机普遍采用轻量化、整体化结构，如整体叶盘、叶环结构。钛合金、镍基高温合金，以及比强度高、比模量大、抗疲劳性能好的树脂基复合材 先进航空发动机关键制造技术研究 黄维，黄春峰，王永明，陈建民 （中国燃气涡轮研究院，四川 江油 621703） Key manufacturing technology research of advanced aero-engine HUANG Wei ，HUANG Chun-feng ，WANG Yong-ming ，CHEN Jian-min （China Gas Turbine Establishment ，Jiangyou 621703，China ） Abstract ：This paper describes the features of aero-engine material ，structure and technology ，and then ，development status and trend of key manufacturing technology for advanced aero-engine was analyzed. Finally ，the development of advanced aero-engine manufacturing technology in China is introduced and some proposals are put forward. Key Words ： aero-engine ，manufacturing ，summarization 作者简介： 黄维（1982—），男，四川仁寿人，中国燃气涡轮研究院助理工程师，主要从事工艺技术研究。E-mail ：huangwei611@https://www.wendangku.net/doc/7413170924.html,

航空发动机复杂零部件的新型测量技术

航空发动机复杂零部件的新型测量技术 发布时间：2014-6-30 13:37:51 近几年来，航空市场发展迅猛,国内的航空发动机制造技术也正加速发展。在技术提升的过程中，航空发动机从研发到制造，对计量和测量的需求都非常迫切。在新型号研制过程中，设计部门希望获得准确的测量数据，用于设计验证；制造部门需要更加高效地完成测量工作，提升合格率并控制制造成本。目前，国内对高精度测量设备的投入和对新型测量技术的采用程度，与国外先进企业的水平还有一定的差距。 航空发动机的零部件种类多、结构复杂，进而带来了复杂的测量任务。以整体叶盘为例，目前测量编程仍然是一个很大挑战，在现有的技术平台上，测量过程既要根据叶盘的整体结构设计测量路线，还要根据叶片型线考虑扫描过程控制。因此，测量设备本身的效率和精度的提升是必然的，同时，在设备的附属工具、测量软件、探测技术等方面寻找新的突破点，提升复杂零部件的测量效率和测量效果，也成为新型测量技术的发展趋势。 全球对航空发动机的性能追求从未停歇，对航空发动机零部件的要求也日益提高。海克斯康最新研发的Leitz三坐标测量机扫描技术、HP-O非接触测量和I++ Simulator模拟软件等，为解决航空发动机复杂零部件的测量难题，提出了新的手段和方法。 基于航空发动机复杂零部件的制造发展和质控需求，本文将介绍海克斯康计量新近推出的典型测量技术，包括高效率精密扫描技术、复合式高效高精密探测技术和提高测量机有效工时的仿真模拟软件技术等。 Leitz高精密高速扫描技术 触发式模拟扫描技术已经成为发动机精密零部件测量的主要探测方式，该技术能高速提供密集点云，实现几何量形状和位置的精密判定，但是，复杂曲面曲线的高密度扫描，需要设备能够实时根据曲率变化给出智能的调整，以期平衡点密度和效率的同时获取最精确的结果。Leitz最新的扫描技术，借助最先进的控制技术，控制系统根据机器特性和工件扫描状态，判断和调整扫描过程。多样的扫描形式和控制形式的实现，使三坐标测量机的扫描能力显著提升，面对复杂专业的测量任务更加得心应手。 1VHSS 扫描技术：可变速扫描 能快则快，当慢则慢。依据曲面曲率，在已知几何特征上实时连续调整测量速度。在此之前的扫描技术，需要人为编程控制机器扫描的速度，速度的设定，需要考虑机器性能、工件特点、效率要求等多种因素，对编程者的挑战是：想达到最佳的效率，要么具备经验，要么从此任务中开始积累经验。VHSS扫描则无关乎具体使用者的经验，机器根据自身的性能特点和待检测曲面的数据，自动优化扫描过程的速度，编程者直接得到最佳的测量效率。 在进行复杂零部件的扫描时，比如航空发动机叶片，传统的扫描方法需要手动调整速度，以避免探针和工件表面“失联”。采用来自Leitz Pathfinder的VHSS技术，机器可以在已知几何量情况下进行持续的调整，实时调整扫描。平直的部位扫描速度快，前尾缘附

航空发动机强度复习题(参考答案)

航空发动机构造及强度复习题（参考答案） 一、 基本概念 1. 转子叶片的弯矩补偿 适当地设计叶片各截面重心的连线，即改变离心力弯矩，使其与气体力弯矩方向相反，互相抵消，使合成弯矩适当减小，甚至为零，称为弯矩补偿。 2. 罩量 通常将叶片各截面的重心相对于z 轴作适当的偏移，以达到弯矩补偿的目的，这个偏移量称为罩量。 3. 轮盘的局部安全系数与总安全系数 局部安全系数是在轮盘工作温度与工作时数下材料的持久强度极限t T σ，与计算轮盘应力中最大周向应力或径向应力之比值。0.2~5.1/max ≥=σσt T K 总安全系数是由轮盘在工作条件下达到破裂或变形达到不允许的程度时的转速c n ，与工作的最大转速m ax n 之比值。max /n n K c d = 4. 轮盘的破裂转速 随着转速的提高，轮盘负荷不断增加，在高应力区首先产生塑性变形并逐渐扩大， 使应力趋于均匀，直至整个轮盘都产生塑性变形，并导致轮盘破裂，此时对应的转速称为破裂转速。 5. 转子叶片的静频与动频 静止着的叶片的自振频率称为静频； 旋转着的叶片的自振频率称为动频；由于离心力的作用，叶片弯曲刚度增加，自振频率较静频高。 6. 尾流激振 气流通过发动机内流道时，在内部障碍物后（如燃烧室后）造成气流周向不均匀，从而对后面转子叶片形成激振。 7. 转子的自位作用 转子在超临界状态下工作时，其挠度与偏心距是反向的，即轮盘质心位于轴挠曲线的内侧，不平衡离心力相应减小，使轴挠度急剧减小，并逐渐趋于偏心距e ，称为“自位”作用。

8. 静不平衡与静不平衡度 由不平衡力引起的不平衡称为静不平衡；静不平衡度是指静不平衡的程度，用质量与偏心矩的乘积me 表示，常用单位为cm g ?。 9. 动不平衡与动不平衡度 由不平衡力矩引起的不平衡称为动不平衡；动不平衡度是指动不平衡的程度，用me 表示，常用单位是cm g ?。 10. 动平衡 动平衡就是把转子放在动平衡机床上进行旋转，通过在指定位置上添加配重，以消除不平衡力矩。 11. 挠性转子与刚性转子 轴的刚性相对于支承的刚度很小的转子系统称为挠性转子；转子的刚性相对于支承的刚性很大的转子称为刚性转子。 12. 转子的临界转速 转子在转速增加到某些特定转速时，转子的挠度会明显增大，当转速超过该转速时，挠度又明显减小，这种特定的转速称为转子的临界转速，是转子的固有特性。 13. 涡动 转轴既要绕其本身轴线旋转，同时，该轴又带动着轮盘绕两轴承中心的连线旋转，这种复合运动的总称为涡动。 14. 自转与公转（进动） 轮盘绕轴旋转称为自转；挠曲的轴线绕轴承连线旋转称为公转或进动。 15. 转子的同步正涡动与同步反涡动 自转角速度与进动角速度大小与转向均相同的涡动称为同步正涡动；自转角速度与进动角速度大小相等，但转向相反的涡动称为同步反涡动； 16. 转子的协调正进动与协调反进动 自转角速度与进动角速度大小与转向均相同的涡动称为同步正涡动，对应的进动称为协调正进动；自转角速度与进动角速度大小相等，但转向相反的涡动称为同步反涡动，对应的进动称为协调反进动。 17. 持久条件疲劳极限 规定一个足够的循环次数L N ，以确定L N 下的“持久疲劳极限”，称为“持久条件疲劳极限”。

航空发动机强度与振动

航空发动机强度与振动课程设计报告 题目及要求 题目基于 ANSYS 的叶片强度与振动分析 1.叶片模型 研究对象为压气机叶片，叶片所用材料为 TC4 钛合 金，相关参数如下： 材料密度：4400kg/m3弹性模量：1.09*1011Pa 泊松比： 0.34 屈服应力：820Mpa 叶片模型如图 1 所示。把叶片简化为根部固装的等截

面悬臂梁。叶型由叶背和叶盆两条曲线组成，可由每条曲 线上 4 个点通过 spline（样条曲线）功能生成，各点位置 如图 2 所示，其坐标如表 1 所示。 注：叶片尾缘过薄，可以对尾缘进行修改，设置一定的圆角 2.叶片的静力分析 （1）叶片在转速为 1500rad/s 下的静力分析。 要求：得到 von Mises 等效应力分布图，对叶片应力分布进行分析说明。并计算叶片的安全系数，进行强度校核。 3.叶片的振动分析 （1）叶片静频计算与分析 要求：给出 1 到 6 阶的叶片振型图，并说明其对应振动类型。

（2）叶片动频计算与分析 要求：列表给出叶片在转速为 500rad/s，1000rad/s,1500rad/s, 2000rad/s 下的动频值。 （3）共振分析 要求：根据前面的计算结果，做出叶片共振图（或称 Campbell 图），找出叶片的共振点及共振转速。因为叶片一弯、二弯、一扭振动比较危险，故只对这些情况进行共振分析。 3. 按要求撰写课程设计报告 说明：网格划分必须保证结果具有一定精度。各输出结果图形必须用ANSYS 的图片输出功能，不允许截图，即图片背景不能为黑色。 课程设计报告 基于 ANSYS 的叶片强度与振动分析1. ANSYS 有限元分析的一般步骤 （1）前处理 前处理的目的是建立一个符合实际情况的结构有限元模型。在Preprocessor 处理器中进行。包括：分析环境设置（指定分析工作名称、分析标题）、定义单元类型、定义实常数、定义材料属性（如线弹性材料的弹性模量、泊松比、密度）、建立几何模型（一般用自底向上建模：先定义关键点，由这些点连成线，由线组成面，再由线形

航空发动机总资料

第一章概论 航空发动机可以分为活塞式发动机（小型发动机、直升飞机）和空气喷气发动机两大类型。P3 空气喷气发动机中又可分为带压气机的燃气涡轮发动机和不带压气机的冲压喷气发动机(构造简单，推力大，适合高速飞行。不能在静止状态及低速性能不好，适用于靶弹和巡航导弹)。涡轮发动机包括：涡轮喷气发动机WP，涡轮螺旋桨发动机WJ,涡轮风扇发动机WS,涡轮轴发动机WZ，涡轮桨扇发动机JS。在航空器上应用还有火箭发动机（燃料消耗率大，早期超声速实验飞机上用过，也曾在某些飞机上用作短时间的加速器）、脉冲喷气发动机（用于低速靶机和航模飞机）和航空电动机（适用于高空长航时的轻型飞机）。P4 燃气涡轮发动机是由进气装置、压气机、燃烧室、涡轮和尾喷管等主要部件组成。 由压气机、燃烧室和驱动压气机的涡轮这三个部件组成的燃气发生器，它不断输出具有一定可用能量的燃气。涡桨发动机的螺桨、涡扇发动机的风扇和涡轴发动机的旋翼，它们的驱动力都来自燃气发生器。按燃气发生器出口燃气可用能量的利用方式不同，对燃气涡轮发动机进行分类：将燃气发生器获得的机械能全部自己用就是涡轮喷气发动机；将燃气发生器获得的机械能85%~90%用来带动螺旋桨，就是涡桨发动机；将获得的机械能的90%以上转换为轴功率输出，就是涡轮轴发动机；将小于50%的机械能输出带动风扇，就是小涵道比涡扇发动机（涵道比1:1)；将大于80%的机械能输出带动风扇，就是大涵道比涡轮风扇发动机（涵道比大于4:1）。P5 航空燃气涡轮发动机的主要性能参数：1.推力，我国用国际单位制N或dan,1daN=10N，美国和欧洲采用英制磅(Pd)，1Pd=0.4536Kg,俄罗斯/苏联采用工程制用Kg,1Kg=9.8N；2.推重比（功重比），推重比是推力重量比的简称，即发动机在海平面静止条件下最大推力与发动机重力之比，是无量纲单位。对活塞式发动机、涡桨发动机和涡轴发动机则用功重比（功率重量比的简称）表示，即发动机在海平面静止状态下的功率与发动机重力之比，KW/daN；3.耗油率，对于产生推力、的喷气发动机，表示1daN推力每小时所消耗的燃油量单位Kg/(daN·h),对于活塞式发动机、涡桨发动机和涡轴发动机来说，它表示1KW功率每小时所消耗的燃油量单位Kg/(kw·h)；4.增压比，压气机出口总压与进口总压之比，飞速较高增压比较低，低耗油率增压比较高；5.涡轮前燃气温度，是第一级涡轮导向器进口截面处燃气的总温，也有发动机用涡轮转子进口截面处总温表示，发动机技术水平高低的重要标志之一；6.涵道比，是涡扇发动机外涵道和内涵道的空气质量流量之比，又称流量比。涵道比小于1为小涵道比，大于4为大涵道比，大于1小于4为中涵道比，加力式涡扇发动机涵道比一般小于1，甚至0.2~0.3。P8~9 喷气时代（主流），服役战斗机发动机推重比从2提高到7~9，定型投入使用的达9~11，我国到8。民用大涵道比涡扇发动机的最大推力已超过50000daN 巡航耗油率从20世纪50年代涡喷发动机 1.0kg（daN·h)-1下降到0.55kg(daN·h)-1，噪声下降20dB,NO X下降45%。服役的直升飞机用涡轴发动机的功重比从2Kg/daN提高到4.6kW/daN~7.1kw/daN。发动机可靠性和耐久性倍增，军用发动机空中停车率一般为0.2/1000EFH~0.4/1000EFH（发动机飞行小时），民用发动机为0.002/1000EFH~0.02/1000EFH。战斗机发动机热端零件寿命达

航空发动机试验测试技术

航空发动机试验测试技 术 集团标准化小组：[VVOPPT-JOPP28-JPPTL98-LOPPNN]

航空发动机试验测试技术 航空发动机是当代最精密的机械产品之一，由于航空发动机涉及气动、热工、结构与强度、控制、测试、计算机、制造技术和材料等多种学科，一台发动机内有十几个部件和系统以及数以万计的零件，其应力、温度、转速、压力、振动、间隙等工作条件远比飞机其它分系统复杂和苛刻，而且对性能、重量、适用性、可靠性、耐久性和环境特性又有很高的要求，因此发动机的研制过程是一个设计、制造、试验、修改设计的多次迭代性过程。在有良好技术储备的基础上，研制一种新的发动机尚要做一万小时的整机试验和十万小时的部件及系统试验，需要庞大而精密的试验设备。试验测试技术是发展先进航空发动机的关键技术之一，试验测试结果既是验证和修改发动机设计的重要依据，也是评价发动机部件和整机性能的重要判定条件。因此“航空发动机是试出来的”已成为行业共识。 从航空发动机各组成部分的试验来分类，可分为部件试验和全台发动机的整机试验，一般也将全台发动机的试验称为试车。部件试验主要有：进气道试验、压气机试验、平面叶栅试验、燃烧室试验、涡轮试验、加力燃烧室试验、尾喷管试验、附件试验以及零、组件的强度、振动试验等。整机试验有：整机地面试验、高空模拟试验、环境试验和飞行试验等。下面详细介绍几种试验。 1进气道试验 研究飞行器进气道性能的风洞试验。一般先进行小缩比尺寸模型的风洞试验，主要是验证和修改初步设计的进气道静特性。然后还需在较大的风洞上进行l／6或l／5的缩尺模型试验，以便验证进气道全部设计要求。进气道与发动机是共同工作的，在不同状态下都要求进气道与发动机的流量匹配和流场匹配，相容性要好。实现相容目前主要依靠进气道与发动机联合试验。 2，压气机试验 对压气机性能进行的试验。压气机性能试验主要是在不同的转速下，测取压气机特性参数(空气流量、增压比、效率和喘振点等)，以便验证设计、计算是否正确、合理，找出不足之处，便于修改、完善设计。压气机试验可分为： (1)压气机模型试验：用满足几何相似的缩小或放大的压气机模型件，在压气机试验台上按任务要求进行的试验。 (2)全尺寸压气机试验：用全尺寸的压气机试验件在压气机试验台上测取压气机特性，确定稳定工作边界，研究流动损失及检查压气机调节系统可靠性等所进行的试验。(3)在发动机上进行的全尺寸压气机试验：在发动机上试验压气机，主要包括部件间的匹配和进行一些特种试验，如侧风试验、叶片应力测量试验和压气机防喘系统试验等。3，燃烧室试验 在专门的燃烧室试验设备上，模拟发动机燃烧室的进口气流条件(压力、温度、流量)所进行的各种试验。主要试验内容有：燃烧效率、流体阻力、稳定工作范围、加速性、出口温度分布、火焰筒壁温与寿命、喷嘴积炭、排气污染、点火范围等。

表面涂层技术在航空发动机上的应用

３８航空发动机２００４年第３０卷第４期 郝兵李成刚 （沈阳发动机设计研究所，沈阳１１００１５） 摘要：介绍了保护、封严、密封、热障等涂层产品及其在航空发动机上的应用。这些涂层的应用提高了发动机可靠性，延长了发动机使用寿命。 关键词：表面涂层涂覆技术航空发动机 ＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆＳｕｒｆａｃｅＣｏａｔｉｎｇ７】陀ｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓｔｏＡｅｒｏｅｎｇｉｎｅｓ ＨａｏＢｉｎｇＬｉＣｈｅｎｇｇａｎｇ （ＳｈｅｎｙａｎｇＡｅｒｏｅｎｇｉｎｅＲｅＳｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｓｈｅｎｙａｎｇ１１００１５，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｖａｒｉｅｔｙｏｆｃｏａｔｉｎｇｐ剃ｕｃｔｓａｒｅｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄｆｏｒｐｒｏｔｅｃｔｉＯｎ，ｓｅａｌｏｒｔｈｅｎｎａｌｉｎｓｕｌａｔｉｏｎｅｔｃ．Ｔｈｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆｔｈ鹤ｅ００ａｔｉｎｇｐｒｏｄｕｃｔｓｔｏ７ａｅｍｅｎ百ｎｅＳｎｏｔｏｎｌｙｉｍｐｒｏｖｅｓｔｈｅｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ，ｂｕｔａｌＳ０ｉｎ凹ｅａｓｅｓｔｈｅｌｉｆｅ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｓｕｒｆａｃｅｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ；∞ａｔｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ；ａｅｒｏｅｎ西ｎｅ １引言 表面涂层技术是指将有机、无机或混合涂层采用刷涂、浸泡、喷涂等方法涂覆于构件表面上，从而改善构件表面性能的一门技术。表面涂层能够对构件起到防护、密封、抗磨、抗冲击、减振、隔热等作用，而且技术工艺简单，可维修性好，大大提高了发动机构件可靠性，延长了发动机使用寿命，因此在航空发动机中得到了广泛应用。 ２保护涂层 管路、附件、叶片、机匣、帽罩等发动机构件直接和大气接触，容易受到大气中水分、尘埃、盐、二氧化硫的侵蚀，因此，其不锈钢和钛合金材料的表面膜易发生局部腐蚀即点蚀。涡轮叶片和燃烧室受到高温燃气冲刷，在热应力以及燃气中Ｓ和０元素的作用下发生化学反应，其晶界生成碳化物，造成贫铬区，在酸性物质作用下，材料表面沿晶面开裂，产生晶粒脱落即于腐蚀，经长期高温氧化形成氧化膜，氧化到一定程度之后，材料表面呈片状破裂或网状剥落，造成微损伤，受到微损伤的构件在振动作用下，会产生微裂纹，微裂纹扩展可导致构件断裂。 抗磨、抗冲击涂层等保护涂层可对构件起到改善工作条件、提高可靠性和延长使用寿命的作用。抗磨、抗冲击涂层，包括叶片榫头和盘榫槽之间涂的耐磨涂层，高压压气机叶片型面上涂的有机硅耐磨涂层，压气机叶片阻尼凸台上涂的防止运转振动时叶片间相互撞击、摩擦、磨损的叶片振动涂层，涡轮叶片防热盐涂层等。 表１列出了几种常用的保护涂层。 表ｌ保护涂层 收稿日期：２００４一Ｏ】一１３ 第一作者简介：郝兵（１９４２一），研究员，１９６６年毕业于大连理工大学，从事高温应变计研制与应用研究，作为主要参加者，其科研成果曾获国家级二等奖，部级成果奖７项。 万方数据

CFM56-7B飞机发动机部件位置及功能

第70-80章： 发动机系统 名称 反推控制手柄 启动电门 发动机启动电门， 发动机点火选择电门 发动机附件装置(EAU)位置 中央操作台、推力手柄上 驾驶舱P5面板上 驾驶舱P5前顶板 在电气设备（EE）舱内 E3架上 主电子舱E3架上功能 提供反推的放出和收回的信号向发动机启动系统提供启动信号的输入…….. 启动电门选择启动模式，点火选择电门选择点火模式控制反推装置（T/R）自动再收入操作，帮助做反推装置控制系统的故障分析，控制驾驶舱内P5后舱顶板上的反推灯计算机存储每台发动机的振动值，提供帮助？发动机配平平衡操作的振动平衡？ 发动机主要的控制器，控制和监控容纳发动机滑油，从回油中清除空气，使你做滑油而检查和充加滑油系统冷却IDG滑油，同时加温发动机燃油供给发动机伺服系统和燃油系统的燃油

增压燃油 启动活门打开提供气压动力至起动机测量流至燃油总管和燃油喷嘴的燃油质量流量 提供一号轴承振动信号 AVM信号处理器 发动机电子控制组件(EEC) 滑油箱 IDG滑油冷却器 燃油滤压差电门 液压机械组件（HMU） 燃油泵 启动活门 燃油喷嘴油滤 燃油流量传感器 1号轴承振动传感器位置： 在风扇机匣 风扇机匣2:00钟位置 风扇机匣3:00位置 风扇机匣7:00位置 风扇机匣8:00钟位置 风扇机匣8:00钟位置

AGB的后面，在发动机风扇 机匣左侧08:00钟位置 风扇机匣上（9:00）高于起动机风扇机匣10:00钟位置 风扇机匣10:00钟位置 在发动机内部，接头在风扇机 匣上，发动机滑油箱后部，发 哦的那个叫铭牌的上面 风扇机匣的右侧下部 风扇框架上3:00钟位置 风扇框架6:00钟位置 点火激励器 风扇框架压气机机匣垂直振 动传感器（FFCCV） 防漏活门 VBV作动筒 VBV门 LPTCC活门提供高能电压到点火电嘴提供风扇框架压气机机匣垂直面的振动值 风扇框架后面在4: 00、"8:00钟VBV作动筒接受指令作动，带动摇臂作动VBV门，打开到指令位置风扇框架上一圈，12个

航 空 发 动 机 叶 片 涂 层

航空发动机叶片涂层技术 一．涡轮叶片是先进航空发动机核心关键之一 航空发动机被称为现代工业“皇冠上的明珠”，航空发动机是飞机的“心脏”，价值一般占到整架飞机的20%-25%。目前，能独立研制、生产航空发动机的国家只有美、英、法、俄、中5个。但是，无论“昆仑”、“秦岭”发动机、还是“太行”系列，我国航空发动机的水平距离这一领域的“珠穆朗玛”依然存在不小的差距。美、俄、英、法四个顶级“玩家”能够自主研发先进航空发动机。西方四国由于对未来战场与市场的担忧，在航空发动机核心技术上一直对中国实施禁运和封锁。技术难关有很多。本人认为涡轮叶片是先进航空发动机的核心技术之一。 随着航空航天工业的发展，对发动机的性能要求越来越高，要使发动机具有高的推重比和大的推动力，所采用的主要措施是提高涡轮进口温度。国外在20世纪90年代，要求涡轮前燃气进口温度达1850-1950K。美国在IHPTET计划中要求：在海平面标准大气条件下，航空燃气涡轮机的的涡轮进口温度高达2366K。涡轮进口温度的提高要求发动机零件必须具有更高的抗热冲击、耐高温腐蚀、抗热交变和复杂应力的能力。对于舰载机，由于在海洋高盐雾环境下长期服役，要求发动机的叶片的耐腐蚀性更高；常在沙漠上飞行的飞机，发动机的叶片要具有更好的耐磨蚀。 众所周知：镍基和钴基高温合金具有优异的高温力学和腐蚀性

能，广泛用于制造航空发动机和各类燃气轮机的涡轮叶片（blade and vane）。就材质来看：各国的高温合金型号虽各不相同，但就相近成分的高温合金来说，其性能相近（生产工艺方法不同有也造成性能有大的差异）。好的高温合金的使用温度也只有1073K左右，为达到前面所说的要求温度，采用的方法有二：一是制成空心的叶片。空心叶片自20世纪60年代中期出现以来，经历了对流冷却、冲击冷却、气膜冷却以及综合冷却的发展历程，使进气口温度高出叶片材料约300—500℃，内腔的走向复杂化和细致化。这一步的改进仍难满足需要，且英国发展计划将取消冷却。二是涂层，常进行多材质多层次涂层。 PVT公司研究表明：军用直升机上的发动机叶片采用涂层，在沙漠上飞行，寿命可提高3倍左右，不仅大大降低了制造发动机叶片的成本，同时也使飞机的维护时间延长了两倍。 二．涡轮叶片的涂层 高温合金的生产方法或晶形结构对产品的性能是有很大影响的，如图1所示，GE公司20年前开始采用单晶高温合金制作战机用发 Fig.1 Comparative preperties of polycrystal,columnar and single-crystal superallys

航空发动机先进材料高性能零部件制造技术进展

过去10多年中，IHPTET 等研究计划将低涵道比涡扇发动机的推重比逐步提高了60％以上，达到了10:1，而ADVENT 计划还在进一步实现变循环发动机技术的跨越；商用大推力大涵道比航空发动机也在控制油耗、改进效率、降低噪声、提高安全可靠性、削减研制生产成本等多个方面取得了重要进步。主要的航空发动机制造商——通用电气（GE）、罗尔斯·罗伊斯、普惠和赛峰等所取得的这些重大成就都与其在航空发动机先进加工制造技术中的不断进步密不可分。GE9X、GEnx、LEAP、Trent 1000 及PW8000 等新型航空发动机的试验研究和研制经历都表明，具有很高机械物理性能的新材料零部件的可加工性、可生产性的改善及其工程化应用，是航空发动机从机体结构减重和涡轮工作温度增高两方面提升性能，改进效率，取得持续进步的重要推动力。 新型复合材料风扇的加工制造技术 1 碳纤维增强环氧树脂复合材料风扇 大涵道比涡扇发动机的碳纤维增强环氧树脂复合材料(CFRP) 风扇叶片加工制造技术已经日益成熟。如图1 所示，GE90 系列的大型CFRP 风扇叶片约有1.2m 长，经过超声切割技术精确加工的数百层碳纤维预浸料布，进行铺设后进行热压制成。风扇叶形经过先进的计算机三元流优化设计，榫头到叶尖的厚度逐步从10cm 降低到0.6cm，并采用钛合金（后改为合金钢提高强度）包边增强的方式，重量也仅有22.7kg。此类经过气动优化、大尺寸、少叶数的风扇已经显示了突出优势，GE90-115B的风扇叶片有22 个，GEnx降低到18 个，而GE9X 又降低到了16 个，既扩大了涵道比、增大了空气流量，又减少了风扇系统的重量。由于通过外涵道排出空气所形成的推力占据了商用发动机总推力的70%~90%，因此，增大空气流量、减少风扇系统的重量，会带来更好的燃油效率。例如，GE公司指出GE90-115B 仅此就提高了约1.5% 的燃油效率[1]。CFM 公司LEAP 发动机的直径约3m，共用了18 个总重量为76kg 的CFRP 叶片，相比之下，CFM56 则有36 个总重高达150kg的钛合金叶片。新的碳纤维三维编织/ 树脂传递模塑成形（RTM）制造工艺可以进一步提高风扇叶片的强度，因此，新一代GEnx及LEAP 发动机上都将采用这一技术制造风扇叶片。斯奈克玛公司为LEAP 发动机CFRP 风扇叶片开发的碳纤维三维编织/RTM 制造工艺中，长度以千米计的碳纤维进行三维编织后经超声加工方法制成预制体，再在专门开发的RTM 模具中注射树脂并进行热压固化制成叶片（图2）。叶片的成型过程需要24h，然后再进行钛合金包边并完成LEAP 发动机风扇叶片的最终加工[2]。不过，普惠等公司开展的一些试验也表明，为保证零件强度——例如防鸟撞，CFRP 材料风扇叶片要做的比传统钛合金叶片相对厚一些，这会降低发动机的气动性能。因此，在直径较小的发动机上采用超塑成形/ 扩散连接（SFP/DB）工艺制成风扇叶片的优势仍然存在。这样，风扇叶片可以做的较薄、强度够、气动性能也好。CFM 也在进一步将碳纤维增强环氧树脂复合材料（CFRP）制作的风扇机匣在LEAP 发动机上进行测试。 2 金属基/ 陶瓷基复合材料风扇 金属基/ 陶瓷基复合材料（MMC/CMC）风扇的研发也一直在深入开展。MMC/CMC 材料比CFRP 具有更好的强度、刚度以及高温性能，因此，在发动机上多种类型的零件都有较好的应用前景。GE 公司在GE9X 的技术验证评估中认定，CMC 材料轻质高强的特点使得他们能够在与现有GE90 的CFRP 风扇叶片相同强度的情况下，可以做得更薄，并减少到16 个风扇叶片，这有望将发动机效率提高10%。罗尔斯·罗伊斯公司也在一个名为UltraFanTM的项目中对新型C/Ti 复合材料叶片进行验证，计划在未来一代大型发动机上替换SPF/DB 钛合金风扇叶片。他们预期，如果未来将风扇及机匣都替换为此类C/Ti 复合材料，将有望使发动机减重700kg。

航空发动机结构强度设计 大作业

航空发动机结构强度设计 大作业 王延荣主编 北京航空航天大学能源与动力工程学院 2013.3

2 1 某级涡轮转子的转速为4700r/min ，共有68片转子叶片，叶片材料GH33的密度ρ为8.2 ×103 kg/m 3，气流参数沿叶高均布，平均半径处叶栅进、出口的气流参数，叶片各截面的重心位置(X , Y , Z )，截面面积A ，主惯性矩I ξ，I η以及ξ轴与x 轴的夹角α，弯曲应力最大的A , B , C 三点的坐标ξA , ηA , ξB , ηB , ξC , ηc 列于下表，试求叶片各截面上的离心拉伸应力、气动力弯矩、离心力弯矩、合成弯矩及A ，B ，C 三点的弯曲应力和总应力。 截 面 0 Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ X , cm 0.53 0.41 0.41 0.40 0.24 0.12 Y , cm -0.41 -0.38 -0.30 -0.19 -0.11 -0.02 Z , cm 62.8 59.1 56.0 53.0 49.4 45.8 A , cm 2 1.80 2.32 3.12 4.10 5.48 7.05 I ξ, cm 4 0.242 0.304 0.484 0.939 1.802 I η, cm 4 6.694 9.332 12.52 17.57 23.74 ξA , cm -2.685 -2.847 -2.938 -2.889 -2.894 ηA , cm 0.797 0.951 1.094 1.232 1.319 ξB , cm -0.084 -0.205 -0.303 -0.219 -0.302 ηB , cm -0.481 -0.521 -0.655 -0.749 -1.015 ξC , cm 3.728 3.909 4.060 4.366 4.597 ηC , cm 0.773 0.824 0.840 1.130 1.305 α 31o 40’ 27o 49’ 25o 19’ 22o 5’30’’ 16o 57’ 12o 43’ c 1am c 1um ρ1m p 1m c 2am c 2um ρ2m p 2m 297m/s -410m/s 0.894kg/m 3 0.222MPa 313m/s 38m/s 0.75 kg/m 3 0.178MPa 2 某一涡轮盘转速12500r/min，盘材料密度8.0×103kg/m 3 ， 泊松比0.3，轮缘径向应力140MPa，盘厚度h 、弹性模量E、线涨系数α及温度t 沿半径的分布列于下表，试用等厚圆环法计算其应力分布。 截面, n 半径r , cm 盘厚h , cm E, GPa t , ℃ α,10-6/℃平均半径 平均厚度 0 0.0 4.86 162 165 16.5 1 5.0 3.90 16 2 165 16.5 2.5 4.38 2 10.0 2.97 157 250 17.1 7.5 3.435 3 14.0 2.2 4 148 360 18.2 12.0 2.60 5 4 15.0 1.8 6 140 400 19.0 14.5 2.05 5 15.8 1.60 13 7 430 19.4 15.4 1.73 6 16.6 1.80 134 460 19.7 16.2 1.70 7 17.4 2.30 130 500 20.3 17.0 2.05 3 某转子叶片根部固定，其材料密度2850kg/m 3，弹性模量71.54GPa ，叶片长0.1m ，各截面 位置、面积、惯性矩列于下表，试求其前3阶固有静频。 截面号i 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 x , m 0.0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09 0.10 A , 10-4m 2 1.70 1.46 1.26 1.09 0.96 0.86 0.77 0.73 0.70 0.68 0.68 I , 10-8m 4 0.02790.0212 0.0157 0.01080.00840.00610.00450.00370.0032 0.0030 0.0030

航空发动机仿真测试方案

航空发动机仿真测试方案 挑战 发动机是飞机的心脏，其性能对飞机的发展有着至关重要的影响。由于安全性、经济性和可靠性等原因，在实际发动机上进行实验一般比较困难，而较多的是在实验室设备上进行试验。但是，对于新型的发动机的开发及测试，如发动机供油系统的测试，以及控制系统的测试，基于传统实验测试台架，既无法实现系统部件的性能测试，更无法在闭环的动态环境下进行控制系统综合性能的测试，这样使得开发过程中缺乏必要的测试和验证手段，将会给型号的研发过程造成不可预计的障碍。 基于上述客观条件的限制，提出建设发动机系统设计建模、仿真分析、动态测试和综合验证的一体化设计、分析和验证环境，通过一维离线仿真、半物理实时仿真、三维仿真等对发动机系统进行充分的功能和性能测试，以便在设计阶段就发现和解决潜在的问题与缺陷，减少实机测试和实验次数，缩短型号研发周期，从而节省开发费用、提高工作效率和产品可靠性。 解决方案 针对飞机发动机系统从设计开发到试验验证全过程的解决方案，能够设计飞机发动机系统的整体架构、仿真分析和验证发动机系统的功能和性能需求。解决方案的整体框架如下图所示。 解决方案框架 在管理计算机中，部署了多学科系统设计分析工具PROOSIS及专业的TURBO模型库，TURBO 库中包含超过70个发动机专业元件，如进气道、压气机、燃烧室、涡轮及喷管等，可用于建立涡喷、涡扇、涡轴、涡桨等各种发动机系统的模型，并进行参数化、敏感度分析、优化计算；设计点、非设计点计算；稳态、瞬态计算等，协助进行系统研发初期的动态性能指标确定并作为半实物仿真的环控系统对象模型。PROOSIS完美的多学科耦合分析，可以在同一个模型中综合分析控制、机械、电气、液压等耦合状况；

航空发动机构造

航空发动机构造 课堂测试-1 1.航空发动机的研究和发展工作具有那些特点？ 技术难度大；周期长；费用高 2.简述航空燃气涡轮发动机的作用。 是现代飞机与直升机的主要动力（少数轻型、小型飞机和直升机采用航空活塞式发动机），为飞机提供推进力，为直升机提供转动旋翼的功率。 3.航空燃气涡轮发动机包括哪几类？民航发动机主要采用哪种？ 涡喷、涡桨、涡扇、涡轴、桨扇、齿扇等；涡扇。 4.高涵道比民用涡扇发动机的涵道比范围是多少？ 5-12 课堂测试-2 1．发动机吊舱包括（进气道）、（整流罩）和（尾喷管）等。 2．对于民用飞机来说，动力装置的安装位置应该考虑到以下几点： 不影响进气道的效率；排气远离机身；容易接近，便于维护 3．在现代民用飞机上，发动机在飞机上的安装布局常见的有（翼下安装）、（翼下吊装和垂直尾翼安装）和（机身尾部安装）。 4．发动机安装节分两种：（主安装节）与（辅助安装节）。前者传递轴向力、径向力、扭矩，后者传递径向力、扭矩。一般主安装节装于（温度较低，靠近转子止推轴承处的压气机或风扇机匣上）上，辅助安装节装于（涡轮或喷管的外壳上）上。 5．涡轮喷气发动机的进气道可分为（亚音速）进气道和（超音速）进气道两大类。我国民航主要使用亚音速飞机，其发动机的进气道大多采用（亚音速）进气道。 6．通常在涡轮喷气和涡轮风扇发动机上采用（热空气）防冰的方式，在涡轮螺旋桨发动机上采用（电加热）防冰，或是两种结合的方式。 7．对于涡轮螺旋桨发动机来说，需要防冰的部位有（进气道）、（桨叶）和（进气锥）。 8．为了对吊舱进行通风冷却，一般把吊舱分成不同区域，各区之间靠（防火墙）隔开，以阻挡火焰的传播。9．发动机防火系统包括（火情探测）、（火情警告）和（灭火）三部分。 课堂测试-3 1.现代涡轮喷气发动机由（进气道）、（压气机）、（燃烧室）、（涡轮）、（尾喷管）五大部件和附件传动装置 与附属系统所组成。 2.发动机工作时，在所有的零部件上都作用着各种负荷。根据这些负荷的性质可以分为（气动）、（质量） 和（温度）三种。 3.航空燃气涡轮发动机主轴承均采用（滚动）轴承，其中（滚棒轴承）仅承受径向载荷，（滚珠轴承）可承 受径向载荷与轴向载荷。 4.转子上的止推支点除承受转子的（轴向）负荷、（径向）负荷外，还决定了转子相对于机匣的（轴向）位 置。因此每个转子有（一）个止推支点，一般置于温度较（低）的地方。 5.压气机转子轴和涡轮转子轴由（联轴器）连接形成发动机转子，分为（柔性联轴器）和（刚性联轴器）。 其中（柔性联轴器）允许涡轮转子相对压气机转子轴线有一定的偏斜角。 6.结合图3.9，简述发动机的减荷措施有哪些？这些措施是否会减少发动机推力？ 减荷措施：

航空发动机强度复习总结

1转子叶片强度计算的目的是为了保证所设计的转子叶片能可靠工作,又使其尽可能轻。 2转子叶片受到的载荷:叶片自身质量产生的离心力;气流的横向气体力(弯曲应力和扭转应力);热负荷;振动负荷。 3简化假设和坐标系:将其看做根部完全固装的悬臂梁;叶片仅承受自身质量离心力和横向气体力,只计算拉伸应力和弯曲应力;扭转中心(刚心),气体压力中心与中心三者重合,离心力与气体力均作用于重心。 4计算点的选择:发动机设计点（H=0，V=0，n=n max ）;低空低温高速飞行状态（最大气体力状态H=0,V=V max ,n=n max ,t=233K ）;高空低速飞行状态（最小气体力状态H=H max ,V =V min ,n =n max ,t =t H ） 5推导气动力：(ρ2m c 2am t 2m ×1)c 2am ? ρ1m c 1am t 1m ×1 c 1am =2πQ Z m ρ2m c 2am 2? ρ1m c 1am 2 ; p 1m ?p 2m t m ×1=2πZ m Q p 1m ?p 2m ;p xm =2πZ m Q ρ1m c 1am 2?ρ2m c 2am 2)+ (p 1m ?p 2m ;p ym =2πZ m Q (ρ1m c 1am c 1um ?ρ2m c 2am c 2um ) 6离心力弯矩：若转子叶片各截面重心的连线不与Z 轴重合,则叶片旋转时产生的离心力将引起离心力弯矩.离心力平行于Z 轴所以对Z 轴没有矩,离心力必须垂直于转轴在X 轴方向的分力必然为0. 7罩量：通常将叶片各截面的重心相对于Z 轴作适当的偏移,以达到弯矩补偿的目的,这个偏移量称为罩量。 8罩量调整:合理地选择叶片各截面重心的罩量,使之既保证叶片在发动机经常工作的状态具有较低的应力,又照顾到在其它各种工作状态下的应力都不太大。在一般情况下，仅以根部截面作为调整对象。 9压气机与涡轮叶片所受气动力方向相反，重心连线偏斜方向总是与叶片所受的气体力的方向一致。 10以离心力弯矩补偿气体力弯矩时,还必须注意到这两个弯矩随工作状态的变化.往往取最大气体力弯矩和最小气体力弯矩的平均值作为离心力弯矩补偿的目标。 11弯曲应力：通过截面重心，有一对惯性主轴η、ξ,对η轴的惯性矩最小,对ξ轴的惯性矩最大。在距离η轴最远的A 、B 、C 三点在仅有作用时,弯曲应力最大。 12压气机叶片n s =?s ?总，max 一般n s =2.0~3.5 ;涡轮叶片n T =?T s ?总，max (一般n T =1.5~2.5) 13影响叶片强度:扭转应力(两个扭转力矩方向常常相反,所以可忽略);热应力(热端部件影响,热冲击反复产生致热疲劳);扭向(扭向愈大,对叶片截面上离心拉伸应力分布不均匀的影 响愈大);蠕变(采用叶片材料的蠕变极限?a /T t 作为许用应力,安全系数 n T =?a T t ?总，max (一般n T =1.5~2.5);;叶片弯曲变形(由于变形产生的附加弯矩,将使离心力弯 矩对气体力弯矩的补偿效果更好);叶冠(增大应力项);其它因素(不同的叶根形状将使叶片上的离心拉伸应力产生明显的分布不均现象) 20轮盘的破损形式：1,在轮盘外缘榫头部分断裂;2,轮盘外缘的径向裂纹，尤其在固定叶片的销孔处;3,由于材料内部缺陷(例如松孔或夹杂)导致盘中心断裂;4,由于轮盘在高温下工作，容易引起蠕变(甚至局部颈缩),使盘外径增大,最后导致轮盘破裂。 21轮盘强度计算主要考虑负荷：1安装在轮盘外缘上的叶片质量离心力以及轮盘本身的离心力;2沿盘半径方向受热不均引起的热负荷。其他负荷:1由叶片传来的气动力,以及轮盘前后端面上的气体压力;2机动飞行时产生的陀螺力矩；3叶片及盘振动时产生的动负荷；4盘与轴或盘与盘连接处的装配应力,或在某种工作状态下,由于变形不协调而产生的附加应力。 22轮盘强度计算的假设：1轴对称假设;2平面应力假设;3弹性假设。 23轮盘强度计算基本公式方程：平衡方程、几何方程、物理方程。计算方法：力法、位移法。 24轮盘的应力有三部分组成:1,由应力、位移、温度的边界条件决定的，它们通过常数K1和K2来表示;2,轮盘以角速度ω旋转引起的离心应力;3,由于温度影响引起的热应力。 25等厚圆环法的基本思路:1，将剖面形状复杂的轮盘沿半径方向划分成有限个段，每段构成一个等厚圆环，相互套接在一起，虽然整个轮盘的温度分布沿径向是不均匀的，但对于每