检索结果-内蒙古大学图书馆

西安交通大学学报 2025年第3期59卷 21-33页

作者：汪翔宇高尚鸿丰镇平西安交通大学能源与动力工程学院西安710049

针对航空发动机高压涡轮叶片缺乏有力的热流固耦合分析工具的现状,构建了集流动、换热与振动于一体的多物理场耦合数值模拟基础框架与计算方法。依托双重运动方法和动网格技术,使用跨求解器的弱耦合方法实现了动静交错环境下带陶瓷涂层... 详细信息

针对航空发动机高压涡轮叶片缺乏有力的热流固耦合分析工具的现状,构建了集流动、换热与振动于一体的多物理场耦合数值模拟基础框架与计算方法。依托双重运动方法和动网格技术,使用跨求解器的弱耦合方法实现了动静交错环境下带陶瓷涂层动叶的热、流、固耦合数值分析。计算分析了简化约束条件的涡轮叶片在多物理场环境下的振动特性,获得了涡轮叶片重要的热流固特性及其变化规律。结果表明:涡轮叶片在热流固耦合环境下的振动形态为一阶弯曲及扭转振动形态的混合,其最大位移为0.209 mm;动叶的变形会进一步显著影响作用在叶片上的气动力和热负荷,叶尖附近的静压变化达9.44%,热流密度变化达39.7%;陶瓷涂层对热流固耦合条件下振动特性的影响极小。

关键词：涡轮叶片热流固耦合陶瓷涂层振动

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涡轮叶片内部冷却通道颗粒沉积的实验

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航空动力学报 2025年第1期40卷 51-58页

作者：陈文彬蒋康河余泽宇李维刘存良许卫疆吴芳芳中国航发湖南动力机械研究所湖南株洲412002 西北工业大学动力与能源学院西安710129

进入涡轮叶片内部的微尘颗粒易沉积并削弱内冷通道的换热。为了探究叶片内冷通道中微尘颗粒的沉积特性,实验研究了微尘颗粒直径和冷气雷诺数对颗粒沉积的影响。实验结果表明:内冷通道的沉积率随冷气雷诺数先增大后减小,当雷诺数为23810... 详细信息

进入涡轮叶片内部的微尘颗粒易沉积并削弱内冷通道的换热。为了探究叶片内冷通道中微尘颗粒的沉积特性,实验研究了微尘颗粒直径和冷气雷诺数对颗粒沉积的影响。实验结果表明:内冷通道的沉积率随冷气雷诺数先增大后减小,当雷诺数为23810时沉积率达到峰值,但冷气雷诺数继续增大时,沉积率出现了明显下降趋势;当微尘颗粒直径增大时,叶片通道中的沉积率相应增大;叶片前腔处的沉积率要大于中弦腔及后腔处的沉积率,尾缘处的收集率要大于后腔出口及除尘孔处的收集率;在叶片通道中,扰流肋背风面处的颗粒沉积量大于迎风面处的颗粒沉积量,前腔拐角处的颗粒沉积量大于中弦腔拐角处的颗粒沉积量。

关键词：颗粒沉积沉积率收集率涡轮叶片内冷通道

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冷效试验中涡轮叶片表面薄膜热电偶测温技术研究

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中国科学:技术科学 2025年第2期55卷 309-321页

作者：田青云曹丽莉徐毅刘松王登奎罗飞周海涛马可欣王素杰史继源崔金婷牟仁德詹喻威孙坤谢孝昌罗炳威中国航发北京航空材料研究院北京100095 北京信息科技大学光电测试技术及仪器教育部重点实验室北京100192 中国航发四川燃气涡轮研究院绵阳621000 北京航空航天大学航空发动机研究院北京100191 中国航空发动机研究院北京101304

气冷涡轮叶片结构复杂,高温高速燃气与冷却气体的复合使得叶片的表面温度分布极不均匀.冷效试验是检验气冷涡轮叶片冷效设计优劣的主要方法,也为避免叶片超温提供基础的设计数据,冷效试验过程中涡轮叶片表面的真实温度测量成为关键.薄... 详细信息

气冷涡轮叶片结构复杂,高温高速燃气与冷却气体的复合使得叶片的表面温度分布极不均匀.冷效试验是检验气冷涡轮叶片冷效设计优劣的主要方法,也为避免叶片超温提供基础的设计数据,冷效试验过程中涡轮叶片表面的真实温度测量成为关键.薄膜热电偶紧密贴附在被测物体表面,厚度仅为几微米,可以准确、快速地获取涡轮叶片的表面温度信息,是航空发动机高温测试领域急需的关键技术,然而我国至今尚未工程化应用.本文在前期单质型贵金属基薄膜热电偶研究基础上制备了Pt-Ir薄膜热电偶涡轮叶片试验件,标定结果表明薄膜热电偶具有优异的稳定性和测温精度.在高温高压流场环境下开展冷效试验,获得了冷效试验全流程温度数据,薄膜热电偶测温数据整体趋势与环境温度一致.薄膜热电偶测温数据表明,涡轮叶片的表面温度与极近空间内的温度存在明显差异,越靠近涡轮叶片表面温度越低.此外,靠近冷却气膜孔的位置温度较低,叶片尾缘位置温度较高,叶背中间位置的温度变化主要受高温高速燃气的温度影响,叶片尾缘位置的温度变化主要受高温高速燃气流量的影响.本文利用薄膜热电偶实现了冷效试验全过程涡轮叶片表面温度的准确获取,突破了地面试车台叶片冷效试验温度“测不准”或“测不到”的技术瓶颈,该项技术的工程应用将为涡轮叶片冷效正向设计优化、寿命预测、失效分析等提供关键数据支撑.

关键词：冷效试验表面温度多物理场耦合薄膜热电偶涡轮叶片

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涡轮叶片复合冷却内外部流动的磁共振测速和湍流模型评估

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推进技术 2025年

作者：蔡宇宙曾伟赖佑奎欧阳华马海腾上海交通大学机械与动力工程学院上海交通大学中英国际低碳学院

涡轮叶片复合冷却结构复杂，激光诊断难以测量其内外流场。本文通过磁共振测速（MRV）获取了GE-E3叶片的内外耦合流场，并基于RANS进行数值计算。结果表明：MRV捕捉到主流通道的内外流掺混，前缘冲击-气膜的冲击孔初步加速及气膜孔进一... 详细信息

涡轮叶片复合冷却结构复杂，激光诊断难以测量其内外流场。本文通过磁共振测速（MRV）获取了GE-E3叶片的内外耦合流场，并基于RANS进行数值计算。结果表明：MRV捕捉到主流通道的内外流掺混，前缘冲击-气膜的冲击孔初步加速及气膜孔进一步加速，以及蛇形弯道的分离流动等特征，并观察到通道涡以及分离涡结构。基于所测速度场评估仿真结果，发现SST k-ω和RNG k-ε的速度场特征均与MRV定性吻合，但SST k-ω对通道涡和分离涡的预测更接近MRV。此外，SST k-ω和RNG k-ε的反正切绝对百分比误差（AAPE）的全流场平均值分别为14%和16%，其差异主要由于SST的计算模型预测蛇形弯道以及尾缘劈缝扰流柱的分离区域更具优势。

关键词：涡轮叶片磁共振测速叶片流动与冷却流动可视化湍流模型评估

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稀疏数据驱动的涡轮叶片表面裂纹长度提取方法

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仪器仪表学报 2025年第1期46卷 157-169页

作者：李茂月雷金超张成龙刘泽隆哈尔滨理工大学先进制造智能化技术教育部重点实验室哈尔滨150080 哈尔滨理工大学机械动力工程学院哈尔滨150080

航发涡轮叶片裂纹的长度测量是裂纹危险等级评判的基础和修复的前提。针对涡轮叶片表面裂纹形状不规则、目标小、数据集样本稀少和裂纹成像角度失真等问题,提出一种稀疏数据驱动的涡轮叶片表面裂纹长度提取方法。首先,为提升Unet模型在... 详细信息

航发涡轮叶片裂纹的长度测量是裂纹危险等级评判的基础和修复的前提。针对涡轮叶片表面裂纹形状不规则、目标小、数据集样本稀少和裂纹成像角度失真等问题,提出一种稀疏数据驱动的涡轮叶片表面裂纹长度提取方法。首先,为提升Unet模型在处理稀疏数据时的精度,采用GeLu函数与Vgg16网络结合的方法提取裂纹特征,将输出作为Unet网络解码部分的输入,保证模型匹配的前提下,在随机初始化权重中引入预训练权重,并在跳跃连接层中引入高效金字塔压缩注意力模块,增强模型在复杂背景下对裂纹特征的聚焦能力。然后,为了得到裂纹的单位像素特征曲线,在精分割后提出使用八邻域骨架化保留裂纹的主干特征结构。最后,深入分析了相机成像原理,讨论了叶片弦线角和相机自身参数对裂纹长度的测量影响,采用张正友标定法求解相机内部参数,建立了像素尺寸与实际尺寸转换模型。实验结果表明,与X光测量相比,该方法在测量距离为100~300 mm时,得到的裂纹长度最大误差为6.8%,证明该方法在测量涡轮叶片表面裂纹长度中对X光检测技术具有可替代性;与原算法相比,改进的算法在针对稀疏数据检测时精度显著提高,平均交并比提升了7.14%。所提出的涡轮叶片裂纹长度提取方法,为叶片质量评估及后续修复提供了理论基础和数据支持。

关键词：稀疏数据深度学习裂纹涡轮叶片相机标定

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复杂空心涡轮叶片点云快速配准

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光学精密工程 2025年第5期33卷 829-838页

作者：苟宸廖晓波李通周鑫庄健蔡勇西南科技大学制造科学与工程学院四川绵阳621010 西安交通大学机械工程学院陕西西安710049 四川电子机械职业技术学院四川绵阳621010

涡轮叶片具有形状复杂、材料特殊以及加工工艺复杂等特点,基于点云配准构建的三维模型,可以对比分析并评估叶片制造的精度和质量。然而,在点云配准过程中难以精确定位点云重叠部分且计算复杂。为了解决上述问题,提出了一种复杂空心涡轮... 详细信息

涡轮叶片具有形状复杂、材料特殊以及加工工艺复杂等特点,基于点云配准构建的三维模型,可以对比分析并评估叶片制造的精度和质量。然而,在点云配准过程中难以精确定位点云重叠部分且计算复杂。为了解决上述问题,提出了一种复杂空心涡轮叶片点云快速配准方法。该方法基于深度学习对源点云和目标点云提取多级特征,并在特征之间进行信息交换,使得在无需注意力机制的前提下,两个点云输入的全局特征能够聚焦于相同部分。实验结果表明,相较于深度学习网络PANet,ModelNet40数据集配准结果的RMSE(r)和RMSE(t)分别降低了34%和15%;基于ModelNet40数据集训练继续对涡轮叶片点云进行训练,叶片点云配准结果的RMSE(r)和RMSE(t)分别降低了83%和46%。该方法有望在涡轮叶片制造精度的评估过程中得到广泛的应用。

关键词：点云配准涡轮叶片特征信息特征交互重叠区域

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20 kHz空气射流激振技术及涡轮叶片高阶振动研究

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推进技术 2025年

作者：赵玉杰李磊孙守义伍佳伟宋誉宇岳珠峰西北工业大学力学与土木建筑学院

明确涡轮叶片的高阶振动特性，对研究高频振动导致的涡轮叶片高周疲劳失效问题具有重要作用。但是，由于现有激振技术限制，开展8 kHz以上的涡轮叶片高阶振动特性研究较为困难。重点研究了最高激振频率达20 kHz的空气射流激振试验技术... 详细信息

明确涡轮叶片的高阶振动特性，对研究高频振动导致的涡轮叶片高周疲劳失效问题具有重要作用。但是，由于现有激振技术限制，开展8 kHz以上的涡轮叶片高阶振动特性研究较为困难。重点研究了最高激振频率达20 kHz的空气射流激振试验技术，并将其应用于涡轮叶片的高阶振动特性研究。空气射流激振技术基于空气射流原理，并利用喷嘴盘与待测叶片配合，使喷射出的高压空气形成简谐气流激励。采用理论分析与试验测试开展了空气射流激振技术验证，结果显示激振力除了出现设定激振频率外，还明显地出现了倍频成分，但其线性度S2、S3最大仅为11.63%与4.71%，表明空气射流激振技术具有良好的定频激振能力。将采用空气射流激振技术的涡轮叶片高阶振动特性结果与模态试验结果对比，前4阶固有频率的最大相对误差仅为1.49%，因此，空气射流激振试验技术可以准确地获得涡轮叶片的高阶振动特性。

关键词：涡轮叶片高周疲劳简谐气流激励空气射流激振高阶振动特性

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考虑叶冠工作面接触特性分散性影响的涡轮叶片可靠性评估方法

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航空动力学报 2025年第2期40卷 233-241页

作者：马艳红李振华张伟锋熊伟洪杰北京航空航天大学航空发动机研究院北京100191 中国航发湖南动力机械研究所湖南株洲412002

针对涡轴/涡桨发动机动力涡轮叶片带冠结构的振动问题,建立了考虑叶冠工作面接触特性分散性对连接界面接触刚度影响的叶片振动分析模型。模型考虑了加工公差、工作载荷环境变化和界面磨损损伤对叶冠工作面接触状态和叶片共振转速线分布... 详细信息

针对涡轴/涡桨发动机动力涡轮叶片带冠结构的振动问题,建立了考虑叶冠工作面接触特性分散性对连接界面接触刚度影响的叶片振动分析模型。模型考虑了加工公差、工作载荷环境变化和界面磨损损伤对叶冠工作面接触状态和叶片共振转速线分布特性的综合影响,同时评估了该结构系统发生疲劳断裂失效的概率。结果表明:由于加工公差和界面磨损损伤的共同影响,叶冠工作面接触刚度显著下降,进而降低了叶片周向一弯振型的振动频率。这使得该阶振型的叶片共振转速偏离设计值并与工作转速区相交,造成叶片有一定概率发生共振、进而发生高周疲劳失效,从而降低结构系统可靠性。

关键词：涡轮叶片结构系统损伤失效动力特性可靠性

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航发涡轮叶片热障涂层磨削厚度的视觉测量技术研究

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航空制造技术 2025年第5期68卷 50-58页

作者：蔡振华刘海宪陈廷样邓春明王超牛少鹏武汉理工大学武汉430070 广东省科学院新材料研究所广州510651

提出了一种基于三维点云处理的航空发动机涡轮叶片热障涂层厚度无损检测方法。利用线激光传感器采集叶片表面的三维点云数据,并通过点云剪裁、滤波和配准等步骤,消除点云噪声并减小叶片装夹误差。采用局部法向投影法计算喷涂和磨抛前后... 详细信息

提出了一种基于三维点云处理的航空发动机涡轮叶片热障涂层厚度无损检测方法。利用线激光传感器采集叶片表面的三维点云数据,并通过点云剪裁、滤波和配准等步骤,消除点云噪声并减小叶片装夹误差。采用局部法向投影法计算喷涂和磨抛前后叶片点云与初始叶片基材点云之间的距离,从而确定涂层厚度。试验结果表明,该方法在热障涂层厚度无损检测领域具有良好的可行性和精确性。与金相显微镜测量值相比,3个样品喷涂后的涂层厚度平均相对误差分别为2.69%、2.54%和2.07%,磨抛后的平均相对误差分别为2.79%、2.66%和3.08%。此外,还分析了系统误差来源,包括点云采集误差、配准误差和厚度计算误差,并提出了相应的改进措施。研究表明,该方法适用涂层材料范围广,能够有效提升航空发动机涡轮叶片的检测效率和准确性。

关键词：涡轮叶片热障涂层(TBC) 三维点云处理涂层厚度测量无损检测

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单晶空心涡轮叶片排气窗开裂制造影响因素分析

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航空动力学报 2025年

作者：李青程荣辉丛佩红马世岩张倩中国航发沈阳发动机研究所

为了解决目前带劈缝结构的单晶涡轮叶片工程应用中出现的排气窗开裂问题，通过视频显微镜、扫描电镜和能谱分析等手段开展排气窗裂纹断口宏、微观分析，明确裂纹断口性质，归纳出导致排气窗过早开裂的多种制造影响因素。结果表明：排气... 详细信息

为了解决目前带劈缝结构的单晶涡轮叶片工程应用中出现的排气窗开裂问题，通过视频显微镜、扫描电镜和能谱分析等手段开展排气窗裂纹断口宏、微观分析，明确裂纹断口性质，归纳出导致排气窗过早开裂的多种制造影响因素。结果表明：排气窗裂纹均起源于尾缘排气窗的间隔墙。间隔墙表面沟状缺陷是陶瓷型芯局部未打磨存在毛刺所致；间隔墙表面再结晶主要是由于陶瓷型芯强度过高，退让性不足，铸造应力无法释放所致；间隔墙表面原始“沟纹”主要是由腐蚀检验酸溶液对单晶枝晶干和枝晶间腐蚀速率不同引起的；间隔墙表面铸造缺陷主要是由于型芯和合金的界面反应所致；锯齿冠磨削过程中缺少辅助支撑会导致间隔墙表面产生疲劳裂纹。

关键词：单晶涡轮叶片工程失效冶金缺陷疲劳开裂

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