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[信息] 喷气发动机 叶片材料 的 技术 和 发展。

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发表于 2009-11-17 03:54:09 | 显示全部楼层 |阅读模式
本帖最后由 laoztou 于 2009-11-17 04:57 编辑

涡喷发动机的叶片。形状特殊。既要求弧型。又要求紐曲。还需长而薄。
在涡扇压气段用的叶片。要求薄而长。它要耐低温。
在燃烧作功段用的叶片。要求短而粗。它要耐高温。

                         woshan.gif


                        F16发动机叶片1.jpg

                        13422398_2006062308215027241900.jpg
                        f16战机的发动机叶片。
首先是McDonnell公司的 F-4 Phantom 鬼怪的 Pratt & Whitney J48-P-6A turbojet engine -- 普慧J48P6A涡喷发动机叶片,注意叶片上的独立编号。

                               13422398_2006062308215018181500.jpg

                                        下面是中空冷却的叶片技术
                              
                              冷却涡轮叶片的方法之一是在中空的涡轮叶片前缘加冷却孔。

NASA
成功案例:NASA Glenn 涡轮冷却NASA Glenn 研究中心使用 GridPro 涡轮的热传递。
PDC感谢Vijay K. Garg后来在涡轮冷却CFD方面的进一步工作,该领域的工作目前正由包括James D. Heidmann在内的NASA Glenn研究中心的同事们继续进行。
目前燃气涡轮发动机已经广泛用作动力发生装置。因为效率和功率重量比高,轮船使用了燃气涡轮发动机,工业电厂也使用燃气涡轮,现在军用和大的商用飞机都使用涡扇喷气发动机,因为它们在高空的高速性能和效率高。随着燃料价格的不断上涨,燃料已经成为所有航班最大的运行开销,所以要尽量提高这些发动机的效率,这当然面临许多挑战。

基本的燃气涡轮发动机有三级:第一级是压缩机,把燃气压缩至第二级的燃烧室。燃料和空气混合后在高温高压的燃烧室中燃烧,然后从第三级的涡轮中排出。涡轮从排出的气体中获得能量,推动压缩机和一些外部组件工作。在涡扇发动机中,涡轮从燃气中获得能量,然后通过驱动风扇,还有一些燃气从尾部喷出提供推力。

从热力学的分析我们可以知道,提高涡轮入口的燃气温度可以提高整体的效率,现在发动机的涡轮入口温度约1800-2000K,但这个温度远远超过了涡轮材料的允许温度,即使是最先进的合金和陶瓷材料也有它们的工作温度极限,为了得到理想的涡轮寿命和安全性,必须对这些部件进行有效冷却。



冷却涡轮叶片的方法之一是在中空的涡轮叶片前缘加冷却孔,冷却气体从冷却孔中喷射到叶片表面的边界层中,这就是‘膜冷却’。由于冷却气体是从发动机的压缩机中引出的,所以必须尽量使压缩机的功率损失最小而又能给涡轮提供足够的冷却,这需要仔细权衡才能实现。完全靠试验来寻求这种平衡既困难又昂贵,所以常常采用计算流体力学数值模拟的方式。



计算流体力学(CFD)可以用来模拟这种情况下的流动和传热,但也面临一些困难。燃气涡轮内部的几何形状复杂(多个涡轮叶片、叶尖间隙、冷却孔和通道)并且物理环境复杂(高速、温度梯度大、湍流),象这样复杂的物理条件需要稳健的CFD程序以及稳健的网格生成。在这种条件下,正交的六面体网格能够得到更准确的CFD结果因而更受欢迎,但是复杂的几何形状要耗费大量的生成网格的时间。

NASA Glenn研究中心和剑桥大学Whittle实验室等的顶级燃气涡轮工程师和研究员们选择GridPro来生成象这样的复杂几何体的网格。NASA Glenn研究中心的Vijay Garg用Glenn-HT的CFD和传热软件对AlliedSignal的转子叶片上的172个圆柱形膜冷却孔进行数值仿真,其中就用GridPro生成了分块的六面体网格。别的六面体网格生成软件生成这种错综复杂的网格的灵活性不够,几何体改变时网格的质量和调整能力也难以保证。

GridPro基于拓扑的网格生成方式适应了相同形状的几何体尺寸变化时网格生成的需要,在此系统中,只需极少的用户操作就可以修改叶片的几何尺寸、冷却孔的位置、角度和形状,而网格自动重新生成。另外,GridPro还提供了很灵活的基于组件的方式来装配孔的拓扑。用户只需生成一个孔的网格,再利用GridPro的组件特征就可以自动装配好多个孔。在Vijay Garg的算例中,他只创建了一个孔的网格,然后就连接上了172个孔。在GridPro的帮助下,他计算了这个复杂的涡轮的多种传热系数,这是涡轮叶片膜冷却完整CFD分析早期的应用之一。

目前,James Heidmann以及NASA Glenn研究中心的其他人员正继续使用GridPro进行涡轮的研发,GridPro也正成为这类应用中更强大的工具。只需给定孔所在的表面,专门的孔拓扑特征就会自动为多个孔创建拓扑。为复杂几何体创建高质量的六面体网格需要GroPro的拓扑系统那样灵活的网格生成途径,配合使用独有的动态边界适应技术,GridPro可以用高质量的网格帮助解决最复杂的网格生成问题。
更多NASA Glenn研究中心有关涡轮研究的信息,请见列出的参考文献或访问他们的网站。


居说又有新的材料。就是用纳米科技来制造叶片材料。

全球海陆空动力设备企业‘英国罗尔斯罗伊斯公司‘与中科院在今年2月签署一项备忘录。双方将共同研发制造技术。利用新材料生产罗尔斯涡轮发动机低压涡轮叶片。
该公斯与中科院金属研究所加强在‘铝化钛锻造’领域的合作。此次合作,

既发辉该公斯的在涡轮叶片加工的专长。又发挥金属研究所在领先替代材料方面的优势。
金研所在沈阳,(是中科院90多研究所的其中之一)主要从事创新材料的研究。重点研究纳米级电子制造,先进材料,纳米测量。和纳米加工技术。居有世界领先地位。



重点: 镍基单晶高温合金是高推重比发动机涡轮叶片的关键材料。综述了镍基单晶高温合金的反常屈服行为,并讨论了导致产生这种反常屈服行为的变形机制及这些变形机制的发展过程。  Nickel base single crystal superalloy is a key material blade for turbine engine blade having high thrust-weight ratio. A comprehensive description is given to the abnormal yield stress of nickel base single crystal superalloy. Meanwhile, the deformation mechanism of nickel base single crystal superalloy is discussed.

研究了一种镍基单晶高温合金[001],[011]和[111]三个晶体取向的组织和性能。结果表明,晶体取向对合金枝晶组织形态和偏析存在显著影响,而合金的弹性模量和持久性能也存在明显的各向异性。在弹性模量方面,[111]取向最大,[011]取向次之,[001]取向最小。对于持久寿命,在871℃/552MPa下,[001]取向的持久寿命最高,[111]取向的延伸率最高;在1010℃/248MPa下,[111]取向的持久寿命最高,[001]取向的延伸率最高;两种实验条件下,[011]取向的持久寿命都最低。
用螺旋选晶法制备镍基单晶高温合金SRR99,研究了抽拉速率对其组织和性能的影响.随着抽拉速率的增大,SRR99单晶合金的铸态组织由粗枝状晶向细枝状晶演变,枝晶干与枝晶间的γ′相尺寸减小,且枝晶间γ′相的形状逐渐趋向于规则立方体形状,而γ-γ′共晶的含量增加.热处理后,在高抽拉速度下生成的共晶组织更容易固溶,形成更加均匀的组织.随着抽拉速率的增大,SRR99单晶合金的持久寿命延长.
为了研究磁介质吸波剂/多孔金属材料吸波性能,在泡沫铝合金表面涂覆了Ni-Zn铁氧体(CFe)、羰基镍粉(CNi)以及二者的复合粉,利用GJB 2038—94"雷达吸波材料反射率测试方法"中的雷达截面(RCS)法对该材料的微波反射率进行了测量.结果表明,在12~18GHz频段内,复合磁介质吸波剂/泡沫铝材料吸波性能介于单一吸波剂样品CFe与CNi之间;在26.5~40 GHz频段内,羰基镍质量分数为40%的泡沫铝复合材料吸波性能最好,当其质量分数大于40%时,材料吸波性能逐渐降低.因此,在泡沫铝合金表面涂覆适当比例的Ni-Zn铁氧体与羰基镍复合粉,可以进一步改善材料的吸波性能.



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从此看来英国佬不是傻瓜。他们就是想学习中国的纳米制造技术。才与你合作。不然你中国想要叶片加工技术。他们才不会给你的。但是咱们也不会作怨大头。“可以。但是要拿你的核心技术来交换!”。
所以说:只有咱们中国的科学技术工作者。加倍努力的工作。能超越老外。他们会自动找上门来。
中国人才能‘仰眉面对世界’!要把制造大国。变成创新大国。!

奥巴马的来访华。就真实的说明。只要你有真正的实力时。再顽固不化的敌人也会服你!!!


奥巴马今次说。

美国不某求扼制中国。乐见中国的强大。中国的强大。对其他国家不是威胁。而是对世和平与发展有利。

这是西方国家最大的头头。的表态。
发表于 2009-11-17 21:05:35 | 显示全部楼层
它是怎么启动的呢?
发表于 2009-11-17 22:08:45 | 显示全部楼层
好贴啊   中国的航空业的强大就靠大家在一起交流研究.......
发表于 2009-11-18 07:23:51 | 显示全部楼层
航空发动机启动的时候仅需要用起动机带动高压级转子旋转,达到一定转速(超过自持转速)之后燃烧室点火,就可以依靠自己提速了。
发表于 2012-8-27 10:55:17 | 显示全部楼层
顶一下!!!!!!!
发表于 2013-8-29 13:23:47 | 显示全部楼层
喜闻乐见中国金属科技取得领先地位,以前一直以为我国在此领域落后于发达国家,直到两年前接触到Tc21钛合金,才知我国在高性能钛合金冶炼方面已达到世界一流水平。我也非常幸运的从朋友处得到一支用Tc21材质制成的签字笔,两年来一支陪伴着我,爱不释手,哈哈
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