航空发动机高温涂层腐蚀失效研究进展

摘要:航空发动机中高温涂层部件在不同的工况下会发生差异化的腐蚀现象。简要介绍了YSZ热障涂层、MCrAlY涂层的主要失效模式,重点梳理了这两类涂层的典型腐蚀失效形式,包括酸性腐蚀、熔盐腐蚀、CMAS腐蚀等。酸性腐蚀是涂层在潮湿环境且一般含有氯、硫条件下发生的弱酸性腐蚀,腐蚀温度为常温。熔盐腐蚀主要针对航空发动机在海洋环境下YSZ热障涂层及MCrAlY涂层面临熔融态盐(如NaCl、Na2SO4)发生的腐蚀,腐蚀温度一般为500~1000℃。CMAS腐蚀主要是由沙漠、尘土环境下的复合氧化物引起陶瓷涂层失效,腐蚀温度一般高于1200℃。最后对YSZ热障涂层及MCrAlY 涂层的腐蚀失效机理及未来研究方向进行总结和展望。

航空发动机结构可靠性设计研究进展与展望

摘要:介绍了航空发动机结构可靠性评估与设计的研究现状,分别从航空发动机结构可靠性设计流程、可靠性指标分析、不确定性来源及表征、可靠性度量方法、结构可靠性分析方法及结构可靠性优化设计方法等方面探讨了现有研究的进展、挑战以及发展趋势。航空发动机结构可靠性设计方法应用于工程实践仍存在一定挑战,在多源不确定性建模及传播、数据驱动智能优化、可靠性试验验证、基于MBSE 的可靠性设计等方面需持续开展研究,以期构建以数据驱动、模型主导、仿真试验融合为特征的新一代可靠性设计体系,支撑航空发动机结构可靠性、性能与设计效率的协同提升。

涉氢环境及其对高温合金的影响:评述——面向航空发动机潜在应用

摘要:随着“双碳”目标的提出,氢作为绿色清洁能源成为未来航空业发展的重要趋势,近年来氢燃料航空发动机备受关注。高温合金是当前燃气涡轮发动机热端部件中应用最广泛的材料,本文综述现有其他领域涉氢环境对合金的影响,为未来氢燃料航空发动机用高温合金研制和应用提供参考。对内/外氢环境的引入、渗(充)氢方法、氢浓度/氢分布特征及氢稳定存在温度的测量、氢对拉伸、蠕变/持久和疲劳性能的影响以及氢脆的断裂机理进行分述,总结不同成分、制备工艺、原始组织状态、合金化程度以及不同应用领域高温合金在涉氢环境下的力学性能退化因素。结果表明,外氢环境下比内氢环境下力学性能下降更快;合金化程度更高的高温合金氢脆更明显,而高温氢环境下合金性能损伤(蠕变/持久、疲劳和拉伸)倾向较室温明显降低。就燃氢涡轮动力用高温合金在涉氢环境下的力学性能评价及适氢环境高温合金的研制进行展望。燃氢涡轮航空发动机可能面临的涉氢工作环境包括:液氢存储的低温氢环境;用于通道冷却的氢环境;经过气体压缩的高温高压氢环境;以及燃烧产物-高温水蒸气(高温潮湿)环境的影响。重点应关注氢在高温合金中的扩散和渗透、高温合金在高压氢环境下的脆性和腐蚀、高温潮湿环境下氧化和腐蚀行为以及上述多重耦合环境下合金和涂层的退化和防护机制。针对燃氢涡轮发动机工作环境,需要搭建近服役条件的高温合金燃氢环境实验装置,开展燃氢环境对高温合金及零部件的影响研究,建立现役叶片和盘件等热端部件关键用材在涉氢环境中的力学性能数据库和相关标准,并在此基础上适时研发适用于燃氢环境使用的高温结构材料,为氢燃料燃气涡轮航空发动机的应用提供支持。

热障涂层辐射传热特性的研究进展

摘要:随着航空发动机、燃气轮机向着高推重比、高热效率的方向发展,涡轮进口温度(TIT)不断提高,热障涂层(TBCs)作为涡轮发动机热端部件中至关重要的热防护材料面临着严峻的挑战。研究表明,当燃气温度大于1 200 ℃时,热障涂层材料中辐射传热占总体传热的比例迅速增加,高温下热障涂层辐射传热特性研究显得尤为重要。综述了热障涂层材料、涂层结构对其辐射传热特性的影响,总结了热障涂层的光谱反射率、透射率、吸收率等光学性质与涂层材料及微观组织之间的关系,展望了热障涂层陶瓷材料辐射传热特性的研究方向。

基于失效物理的航空燃油齿轮泵滑动轴承全工况寿命预测与敏感度量化

摘要:航空燃油齿轮泵滑动轴承副的磨损失效是导致齿轮泵故障的主导因素,传统的滑动轴承寿命预测方法依赖大量试验数据,存在成本高昂、试验条件苛刻的局限性。提出了一种融合润滑磨损机理模型与主动学习的全载荷失效寿命评估方法,考虑了温度、弹性形变、粗糙表面影响,与加工和服役中的不确定性,构建了滑动轴承润滑磨损仿真模型,以表征轴承润滑特性与动态磨损行为;采用结合主动学习方法优化累积概率函数的学习预测过程,以显著降低样本需求,实现全载荷工况下失效概率与寿命分布的高效评估;通过矩独立敏感度分析给出了各不确定性因素对寿命的影响机制。研究表明:随着磨损深度的增加,磨损深度与轴承润滑特性显著关联,可以作为衡量滑动轴承性能退化程度的失效判据。主动学习方法所获取的轴承寿命分布显示,滑动轴承的失效主要发生在工作约687. 88 h 和859. 60 h 处,且其总寿命不会超过900 h。此外,分析敏感度发现轴承间隙随机公差的敏感度为0. 998 201,间隙随机公差对轴承寿命的影响大于泵出口随机压力脉动。所提供的机理模型可用于燃油齿轮泵寿命预测与结构优化,能为航空燃油齿轮泵长寿命与高可靠性设计提供理论支持与工程指导。

航空航天复合材料结构非接触无损检测技术的进展及发展趋势

摘 要:新型复合材料在航空航天领域获得广泛应用,有些甚至已代替金属成为某些核心部件的主要结构材料,此类材料及其构件在结构、材料特性、所需检测条件等方面的特殊性对无损检测技术提出更苛刻、更有针对性的检测需求,如不能使用耦合剂、高效率、高可靠性、实时、直观、绿色环保等,非接触无损检测技术被认为是满足上述检测需求的重要手段,已有多种非接触检测技术为航空航天制造及维护提供服务。本文结合航空航天工业的发展趋势及该领域对新型复合材料的检测需求,就目前国内外研究较热且具有较大应用潜力的多种非接触无损检测技术(包括空气耦合超声检测技术、红外热像技术、激光超声检测技术、散斑干涉技术)进行综述,总结各方法所具有的技术特点、研究进展与应用情况。最后,综合各技术研究现状展望非接触无损检测技术的发展趋势,为此类技术在相关领域的研究与应用提供一定的参考和借鉴。关键词:非接触;无损检测;激光超声;复合材料;红外热像;散斑干涉;空气耦合超声

CFRP碳纤维增强复合材料钢丝螺套连接性能研究

摘要: 碳纤维复合材料结构件在航空航天领域广泛应用,通常在结构件加工通孔后采用螺接或铆接方法进行机械连接,该方法增加了结构件连接重量和连接复杂性。然而,采用复合材料结构件自身加工螺纹孔进行机械连接的方法,存在螺纹孔耐磨性差、承载能力差、连接强度低、螺纹易破损及抗疲劳性能差等问题,极大限制了复合材料螺纹孔的连接使用。近年来,出现了在复合材料结构件机械连接中使用钢丝螺套的方法,在部分程度上提升了复合材料螺纹孔的连接强度。本文针对MT700碳纤维复合材料钢丝螺套的连接性能,通过对钢丝螺套作用及原理分析、有无钢丝螺套复合材料试件的重复拆装试验及拉脱载荷强度试验,详细分析了钢丝螺套连接性能及复合材料螺纹孔破坏形式。结果表明,相比于无钢丝螺套的复合材料螺纹孔,带有钢丝螺套的复合材料螺纹孔明显增强了承载连接性能及耐磨性,拉脱力提升了26%且均匀稳定,降低了螺纹孔破坏风险,拓展了复合材料螺纹孔的连接应用范围。

超燃冲压发动机参数设计与飞行器性能评估

摘要:为满足超燃发动机方案论证、飞行器性能评估及飞/发一体化优化设计需求,提出一种创新的超燃冲压发动机参数设计与飞行器性能综合评估方法。该方法通过量化分析发动机进气道、燃烧室、喷管关键设计参数以及飞行器飞行参数对发动机比冲与推力的影响,精准确定发动机核心设计参数。随后,利用自适应伪谱法优化航迹参数,并结合航迹参数对系统性能进行综合评估,深入剖析系统设计参数对飞行器性能的调控作用。通过迭代优化策略,同步确定超燃冲压发动机的最优设计参数与飞行器综合性能指标。研究为发动机参数的科学选型及飞行器性能的持续优化提供了理论支撑与实践指导,仿真验证表明该方法可显著提升飞行器航程。

飞机炭刹车盘制备中各工艺参数对其摩擦磨损性能的影响

摘要:炭/ 炭刹车盘的摩擦磨损性能对飞机获得高能量刹车时的高摩擦磨损特性有重要的影响。通过控制炭/ 炭(carbon/carbon,C/C)复合材料制备过程中各工艺参数可以得到高性能刹车的炭刹车盘。影响C/C 复合材料摩擦性能的因素有很多,综述了国内外研究现状,本文讨论了炭纤维预制体、致密化过程、高温热处理和机械加工对炭刹车盘摩擦磨损性能的影响以及这几个工艺参数的协同作用。

无人机系统人因设计关键技术研究进展

摘要:伴随着机械故障的显著降低和人工智能(AI)技术的迅猛发展,无人机系统(UAS)所涉及的人因(HF)问题愈发严峻。为了提升低空经济下专业化无人机系统的综合作业效能,必须突破无人机系统人因设计的关键技术。以文献研究和工业实践经验为基础,梳理了体系化的无人机系统人因标准制定、高效且互信的人-AI 协同作业、全生命周期的人因设计3 个科学问题。首先,总结了无人机系统面临的独特人因挑战。然后,提出了自动化设计、显控交互设计、人员配置与协作、选拔与培训4 类人因问题现状。最后,重点阐述了无人机系统的人因标准体系架构设计、人-AI 高效组队设计、人与系统集成设计这3 项人因设计关键技术及其进展。