钛合金高温摩擦着火理论研究

摘要

钛合金燃烧是现代航空发动机的典型灾难性事故,压气机转子与静子的异常摩擦是主要的着火源.本文基于非均相着火理论建立了考虑摩擦热源的钛合金着火模型,推导了着火温度和着火延迟时间的理论计算公式,进而分析摩擦系数、氧浓度、流速、接触半径以及阻燃层等因素对着火参数的影响规律.结果表明:当摩擦接触区的瞬时温度低于临界生热温度时,生热过程由摩擦热主导;当高于临界生热温度时,生热过程由化学反应热主导.降低摩擦系数可以显著提高着火温度,而摩擦系数的变化对着火延迟时间影响很小.着火温度随着氧浓度的增大和流速的减小均呈明显下降趋势.当氧浓度从21％ 增加至42％、流速从310 m/s下降至50 m/s时,着火温度分别降低约213 K和197 K.实验结果与理论计算值的相对误差为8.3％,验证了模型的可靠性.阻燃层可以明显提高钛合金的着火温度和着火延迟时间,带阻燃层的钛合金的着火温度提高约172 K,着火延迟时间提高约3 s.