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大尺寸空心涡轮叶片一体化陶瓷铸型冷冻干燥应力仿真分析
1
作者 刘岩 周子明 +9 位作者 艾子超 牛夕莹 徐云龙 李宗全 鲁中良 苗恺 陈世斌 曹福升 王林 李涤尘 《航空制造技术》 北大核心 2025年第3期76-82,共7页
大尺寸空心涡轮叶片一体化陶瓷铸型在冷冻干燥过程中容易产生裂纹,针对该问题进行了铸型应力分布规律的研究。通过有限元仿真建立了铸型收缩受阻产生应力的理论模型,分析了不同冻干收缩率、铸型壁厚和曲率对铸型冷冻干燥应力的影响,采... 大尺寸空心涡轮叶片一体化陶瓷铸型在冷冻干燥过程中容易产生裂纹,针对该问题进行了铸型应力分布规律的研究。通过有限元仿真建立了铸型收缩受阻产生应力的理论模型,分析了不同冻干收缩率、铸型壁厚和曲率对铸型冷冻干燥应力的影响,采用变壁厚对铸型尾缘进行了结构优化。研究发现,在冷冻干燥过程中,一体化陶瓷铸型所受应力随着收缩率增大而线性增大,且铸型尾缘曲率最大处承受的应力最大。通过尾缘变壁厚的结构优化设计增大了尾缘处铸型冷冻干燥过程中的抗弯强度,当试样厚度从4 mm增至7 mm时,坯体平均强度从8.32 MPa提升至11.81 MPa。本研究制备了结构完整的一体化陶瓷铸型并进行浇铸验证,得到了陶瓷铸型冷冻干燥的应力分布规律,并提出了尾缘变壁厚结构优化设计的方法,成功解决了一体化陶瓷铸型冷冻干燥过程中产生裂纹的问题。 展开更多
关键词 空心涡轮叶片 一体化铸型 冷冻干燥 变壁厚 应力
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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
2
作者 李茂月 雷金超 +1 位作者 张成龙 刘泽隆 《仪器仪表学报》 北大核心 2025年第1期157-169,共13页
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... 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。 展开更多
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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基于单视角涡轮叶片叶尖点云的增材修复路径规划
3
作者 夏桂书 莫杜衡 +2 位作者 魏永超 刘家伟 朱泓超 《航空发动机》 北大核心 2025年第2期169-174,共6页
针对当前航空发动机叶片增材路径生成过程繁琐、误差较大的问题,提出一种基于单视角涡轮叶片叶尖点云的完整规划方法用于增材修复中的机械臂轨迹规划。现有的方法引入了曲面重构、点云拼接步骤,过程繁琐且引入额外误差;新方法基于结构光... 针对当前航空发动机叶片增材路径生成过程繁琐、误差较大的问题,提出一种基于单视角涡轮叶片叶尖点云的完整规划方法用于增材修复中的机械臂轨迹规划。现有的方法引入了曲面重构、点云拼接步骤,过程繁琐且引入额外误差;新方法基于结构光3维扫描仪的单视角扫描结果,根据单视角点云的噪声分布采用优化滤波算法提取轮廓、统一姿态,投影轮廓在2维平面进行分段拟合并平滑连接涡轮叶片叶尖的中心线路径点,并将路径点还原至3维初始位置。通过试验对不同姿态下2种不同类型的涡轮叶片进行修复路径规划,将得到的路径点与模型进行偏差分析。结果表明:相较于曲面重构方法,采用新方法得到的标准偏差和RMS估计值减小均超过了90%;相较于完整点云方法,采用新方法得到的标准偏差和RMS估计值也至少减小了4.6%,证明了新方法的有效性与精确性均较高。 展开更多
关键词 涡轮叶片 叶尖损伤 再制造 增材修复 路径规划 点云 偏差分析 航空发动机
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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
4
作者 蔡振华 刘海宪 +3 位作者 陈廷样 邓春明 王超 牛少鹏 《航空制造技术》 北大核心 2025年第5期50-58,共9页
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... 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。 展开更多
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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复杂空心涡轮叶片点云快速配准 被引量：2
5
作者 苟宸 廖晓波 +3 位作者 李通 周鑫 庄健 蔡勇 《光学精密工程》 北大核心 2025年第5期829-838,共10页
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... 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。 展开更多
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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涡轮叶片用合金材料的薄壁效应研究进展 被引量：1
6
作者 陈家万 曹铁山 +2 位作者 胡叶兵 程从前 赵杰 《材料工程》 北大核心 2025年第6期52-61,共10页
近年来,随着航空航天技术的飞快发展,对发动机热效率和轻质化的要求越来越高,导致涡轮叶片的壁厚不断减小。然而,壁厚减小导致叶片用合金材料性能下降,即薄壁效应。因此,薄壁效应的研究对涡轮发动机安全稳定运行具有重要意义。但是,薄... 近年来,随着航空航天技术的飞快发展,对发动机热效率和轻质化的要求越来越高,导致涡轮叶片的壁厚不断减小。然而,壁厚减小导致叶片用合金材料性能下降,即薄壁效应。因此,薄壁效应的研究对涡轮发动机安全稳定运行具有重要意义。但是,薄壁效应产生的原因和规律十分复杂。基于此,本文综述了实验条件、材料的表面状态、涂层、多晶、单晶及合金的各向异性等方面对叶片用合金材料薄壁效应的影响规律,并根据薄壁效应的机理和模型,归纳了3种典型情况:氧化损伤模型、氧化-蠕变损伤模型和基于裂纹扩展的分析。由于氧化作用和硬脆相的存在,工件在服役过程中不可避免地产生裂纹,基于裂纹扩展分析表明裂纹扩展与薄壁效应有着明显的相关性,这为未来薄壁效应的研究提供了新思路。 展开更多
关键词 薄壁效应 涡轮叶片 镍基高温合金 蠕变
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航空发动机用镍基单晶高温合金涡轮叶片服役后的显微组织损伤 被引量：1
7
作者 冷玉潇 曹铁山 +2 位作者 陈家万 程从前 赵杰 《机械工程材料》 北大核心 2025年第2期34-42,共9页
在服役一定时间的航空发动机用镍基单晶高温合金高压涡轮叶片不同叶片高度(叶根,49%叶高,60%叶高,85%叶高)的横截面上取样进行显微组织观察和硬度测试,以榫头部位显微组织为基准研究了叶片不同区域(叶片前缘、叶盆、尾缘、叶背)的显微... 在服役一定时间的航空发动机用镍基单晶高温合金高压涡轮叶片不同叶片高度(叶根,49%叶高,60%叶高,85%叶高)的横截面上取样进行显微组织观察和硬度测试,以榫头部位显微组织为基准研究了叶片不同区域(叶片前缘、叶盆、尾缘、叶背)的显微组织损伤及其与硬度变化的关系。结果表明:叶片相同高度处的前缘和尾缘区域由于承受更高的温度和应力,组织损伤程度较叶背和叶盆区域更显著。49%和60%叶高处前缘和尾缘区域的显微组织损伤最为严重,尤其是在尾缘区域,γ'相的退化现象显著,表现为面积分数明显降低、颗粒边角出现钝化以及部分γ'相发生回溶。49%和60%叶高处尾缘区域的硬度明显低于叶背和叶盆区域。γ'相的回溶和颗粒粗化会使硬度下降,而在较低温度区域或较低应力条件下,γ'相颗粒相对稳定,回溶和粗化现象较少,硬度较高。 展开更多
关键词 镍基单晶高温合金 涡轮叶片 服役损伤 组织退化 硬度降低
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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 被引量：1
8
作者 赵玉杰 李磊 +3 位作者 孙守义 伍佳伟 宋誉宇 岳珠峰 《推进技术》 北大核心 2025年第6期286-297,共12页
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... 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。 展开更多
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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一种适用于低压涡轮叶片转捩-分离流预测的极大涡模拟方法
9
作者 穆宇旸 徐家宽 +3 位作者 李艺 郑国雨 乔磊 白俊强 《推进技术》 北大核心 2025年第5期44-55,共12页
在航空发动机领域中,大负荷低压涡轮叶片表面的流动受强逆压梯度影响,易产生具有高度非定常特性的转捩-分离流。而基于雷诺平均方法(Reynolds Averaged Navier-Stokes,RANS)的转捩模型难以对该现象进行精确模拟。为了提升预测精度,本研... 在航空发动机领域中,大负荷低压涡轮叶片表面的流动受强逆压梯度影响,易产生具有高度非定常特性的转捩-分离流。而基于雷诺平均方法(Reynolds Averaged Navier-Stokes,RANS)的转捩模型难以对该现象进行精确模拟。为了提升预测精度,本研究在改进的极大涡模拟方法(Very Large Eddy Simulation,VLES)基础上耦合适用于叶轮机械流动的γ转捩模型,从而形成了γ-VLES混合预测模型。本研究采用该模型对Pak-B低压涡轮叶片表面的层流分离泡诱导转捩及分离流演化现象进行预测。研究结果表明:γ-VLES模型能够准确计算叶片表面的时均压力系数和速度型,并展现了长分离泡内部瞬态流场中周期性涡的演化脱落过程。模拟结果与实验结果高度吻合,有效克服了RANS框架下γ-Re_(θt)和γ转捩模型在转捩-分离流预测方面的局限。 展开更多
关键词 计算流体力学 RANS/LES混合方法 极大涡模拟 低压涡轮叶片 层流分离泡诱导转捩
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尾迹影响涡轮叶片表面换热特性的算法研究
10
作者 张正 朱惠人 +4 位作者 张丽 姚春意 徐志鹏 薛树林 李亚雄 《动力工程学报》 北大核心 2025年第6期828-834,923,共8页
在涡轮发动机叶栅通道内引起不稳定流的主要因素之一便是上游叶片尾迹的传播,尾迹将使得涡轮叶片表面上不稳定的层流向湍流边界层过渡,从而导致转捩提前。从边界层转捩理论的角度入手,预测了尾迹对叶片表面换热特性的影响。首先,引入尾... 在涡轮发动机叶栅通道内引起不稳定流的主要因素之一便是上游叶片尾迹的传播,尾迹将使得涡轮叶片表面上不稳定的层流向湍流边界层过渡,从而导致转捩提前。从边界层转捩理论的角度入手,预测了尾迹对叶片表面换热特性的影响。首先,引入尾迹诱导时间平均间歇因子修正湍流间隙因子;其次,采用相平均湍流度预测尾迹诱导下转捩起始点;最后,引入尾迹产生的湍流黏性系数修正叶片层流区有效黏性系数。结果表明:尾迹影响换热特性的算法研究与改进在相关实验系统上得到较好的验证,显著提高了尾迹影响下的换热计算精度。 展开更多
关键词 涡轮叶片 尾迹 换热特征 边界层转捩 间歇因子 黏性系数
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涡轮叶片热障涂层中微小缺陷的阵列超声瑞利波检测
11
作者 蔡苏阳 陈振华 +4 位作者 冯萍 张浩喆 何喜 方雨婷 卢超 《电子测量与仪器学报》 北大核心 2025年第8期22-29,共8页
航空涡轮叶片的热障涂层可降低叶片表面温度、防止表面高温腐蚀,涂层缺陷严重影响叶片使用性能,复杂的叶片曲面形状及其基体结构导致涂层缺陷的无损检测困难。鉴于瑞利波对表面应力和表面微裂纹等损伤变化敏感的特性,提出了基于广义瑞... 航空涡轮叶片的热障涂层可降低叶片表面温度、防止表面高温腐蚀,涂层缺陷严重影响叶片使用性能,复杂的叶片曲面形状及其基体结构导致涂层缺陷的无损检测困难。鉴于瑞利波对表面应力和表面微裂纹等损伤变化敏感的特性,提出了基于广义瑞利波传播的涡轮叶片热障涂层表面微裂纹缺陷无损检测方法。设计了专用超声阵列换能器并搭建了瑞利波检测系统,提取沿叶片宽度方向上叶背涂层中传播的瑞利波检测信号,分析叶片幅度的分布特征与叶片内部复杂结构的关联;最后,分析叶片中人工窄槽对瑞利波传播特征的影响,并提出涂层缺陷的广义瑞利波检测方法。结果表明,涡轮叶片复杂表面轮廓、内腔导流结构导致对瑞利波幅度具有显著影响;将完好叶片涂层的瑞利波幅度分布与带窄槽(500μm×80μm×20μm)的叶片涂层瑞利波幅度分布特征相对比表明,含窄槽路径上传播的超声波幅度明显上升,平均增大了54.3 mV,该特征可用于涡轮叶片热障涂层表面微裂纹缺陷损伤的无损检测。 展开更多
关键词 涡轮叶片 热障涂层 瑞利波 微裂纹
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基于密度聚类与最小二乘法的涡轮叶片气膜孔轴线方向检测
12
作者 刘盼 景敏 +2 位作者 王典 王皓东 陈曼龙 《机床与液压》 北大核心 2025年第20期122-127,共6页
针对涡轮叶片气膜冷却孔轴线检测中孔径微小、空间角度复杂的技术难点,提出一种基于密度聚类与最小二乘拟合的气膜孔轴线方向检测方法。通过三维激光扫描设备获取叶片点云数据,对数据进行预处理,采用密度聚类算法DBSCAN对气膜孔群点云... 针对涡轮叶片气膜冷却孔轴线检测中孔径微小、空间角度复杂的技术难点,提出一种基于密度聚类与最小二乘拟合的气膜孔轴线方向检测方法。通过三维激光扫描设备获取叶片点云数据,对数据进行预处理,采用密度聚类算法DBSCAN对气膜孔群点云进行自适应分割,无需预设簇的数量,有效克服传统方法对初始参数的依赖。通过最小二乘法构建气膜孔圆柱模型,提取轴线矢量并计算空间角度参数xoy投影与x轴夹角α、轴线与z轴夹角γ。其轴线角度重复性测量误差不大于0.6°且α与γ的平均相对误差分别控制在1.07%和0.30%,相对误差较小且在合理范围内,能够满足涡轮叶片设计标准对气膜孔检测方法的要求。相比现有研究,该方法在特征提取阶段采用改进的密度聚类算法,可有效克服复杂表面的反射干扰,并通过圆柱拟合优化策略提升了轴线矢量的计算稳定性,实现了对异形气膜孔空间姿态的精准检测。 展开更多
关键词 气膜孔 涡轮叶片 DBSCAN算法 特征提取 最小二乘法
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涡轮叶片前缘双旋流冷却流阻及换热特性的大涡模拟
13
作者 刘学斌 宋立明 +2 位作者 于博阳 陶志 李军 《西安交通大学学报》 北大核心 2025年第3期34-45,共12页
为了厘清双旋流腔室内的换热特性及高流阻的损失机理,在相同冲击雷诺数(Re=10000)下,采用高精度的大涡模拟数值方法对比研究了双旋流冲击冷却和传统垂直冲击冷却方式的流阻及换热特性。以时间平均的努塞尔数分布评估了冲击靶面的换热特... 为了厘清双旋流腔室内的换热特性及高流阻的损失机理,在相同冲击雷诺数(Re=10000)下,采用高精度的大涡模拟数值方法对比研究了双旋流冲击冷却和传统垂直冲击冷却方式的流阻及换热特性。以时间平均的努塞尔数分布评估了冲击靶面的换热特性,以三维流线和Q准则等值轮廓图分析了冲击腔室内的流动和涡系分布特征,采用综合换热系数对比评估了两种冷却方式的综合换热性能。模拟结果表明:双旋流冲击在靶面形成的高速强剪切流动是强化对流换热的主要原因,而旋流交叉流动带来的换热增强并不显著;相较于垂直冲击冷却,双旋流冲击的靶面努塞尔数分布更加均匀且高努塞尔数区沿展向分布范围更宽,前缘周向平均的努塞尔数在各个流向位置都有显著提升;双旋流冷却腔室内的中心旋流区出现了较大的流向涡量,导致中心旋流区的总压降较为显著;整个双旋流腔室的面平均努塞尔数相较于垂直冲击冷却提高了11.90%,即便在总压降提高了38.32%的情况下,其综合换热系数相比垂直冲击冷却仍提高了0.42%。 展开更多
关键词 涡轮叶片前缘 双旋流冲击冷却 垂直冲击冷却 大涡模拟
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空心涡轮叶片残芯检测的双模成像方法
14
作者 于洋懿 杨祎罡 《北京航空航天大学学报》 北大核心 2025年第10期3443-3450,共8页
空心涡轮叶片的残芯检测对于航空发动机的生产制造具有重要价值。目前,基于电子加速器的双模成像方法已经实现了中子与X射线的同光路融合成像,可以从材料属性角度对叶片的基体材料与残芯材料进行分辨。针对双模成像中的射线能谱硬化问题... 空心涡轮叶片的残芯检测对于航空发动机的生产制造具有重要价值。目前,基于电子加速器的双模成像方法已经实现了中子与X射线的同光路融合成像,可以从材料属性角度对叶片的基体材料与残芯材料进行分辨。针对双模成像中的射线能谱硬化问题,采用自动分段阈值设定的方法,实现了无需了解叶片几何构造先验知识和人工参与判断,直接检测出叶片中残芯存在区域的自动化无损检测新方法。当单个像素的中子计数不低于10^(4)时,双模成像方法对残芯识别的误差不超过1%。 展开更多
关键词 双模成像 中子成像 无损检测 残余型芯 空心涡轮叶片
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涡轮叶片的热流固耦合数值方法研究及应用
15
作者 汪翔宇 高尚鸿 丰镇平 《西安交通大学学报》 北大核心 2025年第3期21-33,共13页
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... 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。 展开更多
关键词 涡轮叶片 热流固耦合 陶瓷涂层 振动
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面向产品研制需求的单晶涡轮叶片热障涂层考核验证 被引量：1
16
作者 高栋 刘燚栋 +1 位作者 张国栋 黄爱华 《航空发动机》 北大核心 2025年第2期142-149,共8页
为建立适用于商用航空发动机单晶涡轮叶片热障涂层的正向研发体系,形成热障涂层的系统研制路径,加快单晶涡轮叶片热障涂层研发进度,系统分析了发动机高压涡轮叶片热障涂层的工作场景,并充分考虑适航条款对涂层材料及工艺的要求,在此基... 为建立适用于商用航空发动机单晶涡轮叶片热障涂层的正向研发体系,形成热障涂层的系统研制路径,加快单晶涡轮叶片热障涂层研发进度,系统分析了发动机高压涡轮叶片热障涂层的工作场景,并充分考虑适航条款对涂层材料及工艺的要求,在此基础上建立了发动机产品对单晶叶片热障涂层的完整需求。针对所形成的需求逐项分解至热障涂层的技术指标,并对指标的验证策略进行分析,构建了涵盖材料级、试样级、零件级、部件级的单晶涡轮叶片热障涂层试验验证数据三角形,并基于PtAl+8YSZ热障涂层体系对各项试验方法的适用性进行了初步验证。结果表明:在材料级试验验证中,连续10个批次靶材的CPk值为2.33,即靶材质量一致性较高。在试样级试验验证中,涂层的热导率随温度上升而下降,温度高于600℃时涂层热导率在1.7 W/(m·K)以下;涂层厚度对服役寿命有显著影响,1100℃下厚度为0.35mm涂层热循环寿命约为0.15mm厚度涂层的1/4;CMAS腐蚀对涂层寿命影响显著,1250℃下300个热冲击CMAS循环后,涂层柱状晶结构明显退化。零件级和部件级试验验证进一步明确了涂层性能的符合性和改进方向。所构建的考核验证体系基本满足商用航空发动机产品研制的需求,确定的考核验证方法适用性较强,可支撑产品研制过程。 展开更多
关键词 热障涂层 技术需求 单晶涡轮叶片 试验验证 航空发动机
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陶瓷基复合材料涡轮叶片前缘各向异性导热系数赋值及其导热特性研究
17
作者 张泽宇 陶志 +1 位作者 宋立明 李军 《推进技术》 北大核心 2025年第8期175-187,共13页
为了获得陶瓷基复合材料涡轮叶片前缘的导热特性预测方法并揭示其导热机理,本文提出了一种基于前缘半圆柱模型的微观导热系数赋值方法。通过数值仿真方法研究了2.5D编织CMC前缘的导热特性,对微观模型和宏观模型的温度场波动的预测精度... 为了获得陶瓷基复合材料涡轮叶片前缘的导热特性预测方法并揭示其导热机理,本文提出了一种基于前缘半圆柱模型的微观导热系数赋值方法。通过数值仿真方法研究了2.5D编织CMC前缘的导热特性,对微观模型和宏观模型的温度场波动的预测精度进行比较,并基于微观模型进一步探究了基体导热系数、纤维主导热系数、纤维副导热系数变化对CMC前缘温度分布的影响规律。结果表明,相比于宏观模型,微观CMC前缘模型能更准确地预测局部热点和温度波动情况,且宏观模型对最高温度的预测偏小,可达27.1K。基体导热系数、纤维主导热系数和纤维副导热系数的变化对CMC前缘的温度分布和均温性都有显著的影响。基体导热系数的增加导致温度水平不均匀度减小84%,显著提高水平均温性。纤维的主导热系数和副导热系数的变化对垂直方向均温性有显著影响,变化幅度分别为276%和58.8%。特别是,纤维主导热系数增加导致中间位置局部热点消失,纤维副导热系数增加会导致高温区域位置发生迁移。 展开更多
关键词 陶瓷基复合材料 涡轮叶片 前缘 各向异性导热系数 传热性能
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改进小波阈值降噪在涡轮叶片裂纹检测中的应用
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作者 王一乾 郭建城 胡明慧 《传感技术学报》 北大核心 2025年第5期826-832,共7页
由于涡轮叶片表面曲率变化,对其进行涡流检测时,提离效应会产生较大噪声信号,传统小波硬、软阈值函数降噪后信号存在局部振荡和失真。因此,提出了一种三参数自适应小波阈值降噪算法,对阈值矩阵添加分层修正因子,基于灰狼算法(GWO)对各... 由于涡轮叶片表面曲率变化,对其进行涡流检测时,提离效应会产生较大噪声信号,传统小波硬、软阈值函数降噪后信号存在局部振荡和失真。因此,提出了一种三参数自适应小波阈值降噪算法,对阈值矩阵添加分层修正因子,基于灰狼算法(GWO)对各调节因子进行寻优。通过模拟对Bumps测试信号添加高斯白噪声,进行降噪对比,改进阈值函数降噪的信噪比提升了76.94%,均方根误差降低了75.90%。对涡轮叶片表面裂纹涡流检测的信号进行分析,改进阈值降噪的信噪比最大可达14.15 dB。另外,采用支持向量机(SVM)对降噪后的检测信号进行特征提取,分类准确度达93.3%,比降噪前提高了195%。结果表明,改进的降噪算法优于传统阈值降噪,有效实现对涡轮叶片裂纹涡流检测信号的特征提取和聚类分析。 展开更多
关键词 涡轮叶片 涡流检测 小波阈值降噪 灰狼优化算法 支持向量机
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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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作者 蔡宇宙 曾伟 +2 位作者 赖佑奎 欧阳华 马海腾 《推进技术》 北大核心 2025年第7期250-259,共10页
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-E^(3)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... 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-E^(3)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。 展开更多
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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DD9合金涡轮叶片电火花制孔工艺研究
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作者 梁威 祝玉兰 +2 位作者 佟浩 李勇 曹培尧 《电加工与模具》 北大核心 2025年第4期13-16,21,共5页
随着航空发动机涡轮前温度的提高,涡轮叶片逐步采用DD9合金等能承受更高温度的第三代单晶高温合金铸造而成,同时在铸造成形后的叶片表面加工出气膜孔进行气膜冷却来降低其表面温度,气膜孔的加工质量对叶片的冷却效果和疲劳寿命具有重要... 随着航空发动机涡轮前温度的提高,涡轮叶片逐步采用DD9合金等能承受更高温度的第三代单晶高温合金铸造而成,同时在铸造成形后的叶片表面加工出气膜孔进行气膜冷却来降低其表面温度,气膜孔的加工质量对叶片的冷却效果和疲劳寿命具有重要影响。为探索针对DD9合金涡轮叶片的低重铸层电火花制孔工艺,分别基于晶体管脉冲电源和Tr-RC电源进行了工艺实验和检测分析。结果表明,基于晶体管脉冲电源加工DD9合金的最大重铸层厚度可优化至18μm,基于Tr-RC电源加工DD9合金的最大重铸层厚度可降低至7μm,同时加工效率明显提高,单孔加工时间从26 s缩短至15 s。此外,若一定程度牺牲加工效率指标,基于Tr-RC电源加工DD9合金的最大重铸层厚度可降低至5μm,此时单孔加工时间增大至90 s。 展开更多
关键词 单晶涡轮叶片 DD9合金 电火花加工 重铸层
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