气膜孔

摘要： 对于多台份某型发动机在试车后出现的带热障涂层涡轮叶片表面附着较多环境沉积物 CMAS 进而导致热障涂层脱落失效的故障,通过宏观形貌观察、化学成分分析、微观结构分析等方法对 CMAS分布规律、成分特征和失效模式进行了分析。结果表明:CMAS 沉积物在叶盆面较厚、叶背面较薄,靠近缘板处较厚、叶身中部位置较薄,进气边较厚、排气边较薄;厚度较薄处的附着物颗粒细小、分布均匀,较厚处的附着物结构较疏松,大多呈块状不均匀分布;涡轮叶片热障涂层表面沉积物及气膜孔堵塞物的成分以 CMAS为主,同时还有中低温部件碰摩磨屑生成的 Fe_(2)O_(3)、TiO_(2)和 NiO;由 CMAS腐蚀引发的热障涂层失效模式主要有气膜孔堵塞引发周围涂层烧结失效、涂层表面和内部应力失配、陶瓷层柱状晶被冲击撞断以及8YSZ热障涂层被溶解。

摘要： 针对高压涡轮叶片气膜孔的轴线方向测量难题,将非接触式的视觉测量技术与常规的多轴坐标测量技术相结合,搭建了气膜孔五轴视觉坐标测量系统,以在气膜孔的测量方法和设备方面开展探索与研究。为了获取被测气膜孔的轴线矢量参数,提出了采用景深合成技术来实现气膜孔形貌的三维重建,并将工业相机获取到的图像序列转化为三维物理数据的测量方法,而后通过空间直线拟合获取到了被测气膜孔的轴线矢量,以表征气膜孔的轴线方向。为了验证该方法的有效性和可行性,选取某型高压涡轮导向叶片作为被测物体,应用该测量系统对其前缘部位上的目标气膜孔进行了轴线矢量参数的10次等精度重复测量试验,轴线角度的重复性测量误差不大于0.30°,从而提供了一种气膜孔轴线方向的测量技术解决方案。

摘要： 针对高压涡轮导向叶片气膜孔加工问题,进行了皮秒激光加工DD5高压涡轮导向叶片的试验,采用正交试验法研究了激光功率、离焦量及单层进给量对叶片气膜孔加工的重熔层、锥度和加工效率的影响规律。结果表明:气膜孔的加工效率随着激光功率和单层进给量的增加呈上升趋势,孔由正锥形变为圆孔或微倒锥后再变为正锥形;皮秒激光处于负离焦状态时,气膜孔的重熔层更易控制,且孔更易接近圆孔或倒锥形;当加工参数为激光功率60 W、离焦量-0.2 mm、单层进给量0.03 mm时,加工的气膜孔呈现直圆孔,无重熔层、热影响区和微裂纹。

摘要： 针对飞秒激光加工镍基高温合金叶片气膜孔时孔壁易出现沟槽的问题进行实验,研究了不同倾角对气膜孔孔壁的影响,发现倾角越大,孔壁越容易出现沟槽,当倾角为60°时,沟槽最深可达11.05μm,且沟槽只存在于入口下方处,其余位置并未发现沟槽。对飞秒激光能量密度分布进行数值计算,在距离焦点1mm,2mm和3mm处,光斑能量密度面积比镍基高温合金烧蚀阈值的面积分别高100%,76.1%和49.6%,证明了在叶片实际加工过程中激光的离焦加工较为明显。结合大倾角气膜孔孔口材料分布不均的实际情况,认为大倾角气膜孔孔壁出现沟槽的原因是飞秒激光离焦加工导致孔口下方向处加工过量,因此提出了一种涂层防护的方法来减少孔壁沟槽。经过实验验证,孔壁沟槽可以减少至2.54μm。

摘要： 随着现代军用飞机战斗性能技术指标的不断提高,对航空发动机提出了更高要求,在涡轮叶片设计上使用了大量的结构复杂、分布不均、方向各异的冷却气膜孔.本文结合国内外现有技术对激光测距传感器用于叶片气膜孔检测的系统进行研究分析,通过大量密集取点,获得气膜孔内表面的轮廓,从而按圆柱进行计算评价,以解决气膜孔形状、位置和方向的检测难题.

摘要： 气膜冷却是在涡轮叶片的表面轮廓上设计大量孔径0.1～0.8mm、孔深3mm以上的微小通孔,通过微小孔内对流,在部件表面形成薄层冷气膜,以达到隔离高温燃气流保护部件的目的.气膜孔具有孔径小、数量多、深径比高、空间角度复杂、质量要求高等特点,目前尚未有其精确检测的理想方案.本文面向叶片气膜孔精确测量需求,提出了基于虚拟测量的气膜孔误差分析方法,在对叶片型面分析的基础上,建立了气膜孔形位参数模型,在基于虚拟测量误差分析的基础上,建立了气膜孔形位参数的误差修正方法.经数值仿真与试验验证,气膜孔定位误差分别为1.34μm和4.25μm,均小于定位精度误差范围±10μm;气膜冷却介质流通面积误差为0.038mm2,证明本文提出的气膜孔误差分析与预测方法能够满足气膜孔测量与加工要求.

摘要： 为阐明热障涂层工艺造成的气膜孔堵塞对气膜冷却的影响机理,采用数值模拟方法研究了叶片吸力面在气膜孔堵塞比为0.2、0.5和0.8,吹风比为0.5、1.0、1.5和2.0时的气膜冷却效率变化。结果表明:堵塞比越大,气膜冷却效率下降幅度越明显,孔下游气膜覆盖面积越小;相比无堵塞情况,堵塞比为0.8时展向平均气膜冷却效率退化为51%~98%,堵塞比为0.5时展向平均气膜冷却效率退化为24%~86%,堵塞比为0.2时展向平均气膜冷却效率退化小于5%;中小堵塞比时气膜冷却效率受吹风比变化的影响明显,大堵塞比时气膜冷却效率受吹风比变化的影响较小;随着堵塞比的增大,孔内喉部区域冷气出流时动量增大,冷气射流得到抬升,使气膜贴附性大幅变差。

摘要： 某发动机高压涡轮叶片为镍基单晶合金叶片,在室温下进行振动疲劳试验后发现叶片开裂,通过宏观观察、金相检验和扫描电镜分析等方法对叶片开裂的原因进行了分析.结果表明:进气边叶根和榫头伸根的开裂形式均为疲劳开裂;进气边叶根气膜孔内壁存在多处小缺口及榫头伸根亚表面存在疏松缺陷,这些缺陷部位容易形成裂纹源,促进了裂纹的萌生,裂纹扩展后最终导致开裂失效.

摘要： 随着现代军用飞机战斗性能技术指标的不断提高,对航空发动机提出了更高要求,在涡轮叶片设计上使用了大量的结构复杂、分布不均、方向各异的冷却气膜孔。本文结合国内外现有技术对激光测距传感器用于叶片气膜孔检测的系统进行研究分析,通过大量密集取点,获得气膜孔内表面的轮廓,从而按圆柱进行计算评价,以解决气膜孔形状、位置和方向的检测难题。

摘要： 电液束加工技术是基于电化学阳极溶解原理建立的冷加工技术,是一种优质的小孔加工技术.首先,基于电液束加工技术原理,介绍了电液束加工设备的特点及面对的需求.其次,对电液束加工设备的国内外发展概况进行了阐述,并介绍了针对加工难题研制的相应电液束加工设备.最后,结合目前国内的产能需求,对电液束加工设备的未来发展方向进行了展望.

摘要： 针对高压涡轮导向叶片气膜孔孔口倒圆存在的问题,采用电磁研磨抛光技术,开展可行性试验研究,合理选择磁性研磨介质及加工参数,去除了涡轮导向叶片气膜孔孔口的毛刺,降低了劳动强度,改善了作业环境.

摘要： 随着航空发动机向大涵道比、大流量比、大推重比和高涡轮进口温度方向的不断发展,对高涡叶片材料的综合性能要求也随之提高.高涡叶片多采用镍基单晶高温合金材料,叶身形面分布多排气膜孔,从结构上可起到气膜冷却效果,但由于气膜孔加工不同工艺的差异会直接影响叶片疲劳寿命.因此,准确的分析气膜孔周边金相组织形态,打孔后力学性能以及叶片疲劳性能,最终形成一套完整的评价方法,可为研制单晶高涡叶片气膜孔加工综合评价奠定基础,也可为气膜孔加工新工艺的技术验证积累重要数据.

摘要： 应用窄带瞬态液晶测量技术对气膜孔相对于主流方向位于冲击孔上游和下游的两种层板结构在吹风比为1.0、1.5和2.0时对外表面冷却效率和表面换热系数进行了实验研究.结果表明,窄腔单排气膜孔层板结构中气膜孔位于冲击孔上游位置时外表面冷却效率较高,吹风比越大,冷却效率提高的越多;气膜孔位于冲击孔上游位置时提高了层板外表面换热系数,吹风比越小,沿主流方向影响区域越大.

摘要： 采用试验方法研究了不同吹风比下气膜孔不同倾角、复合角和多种气膜孔型对气膜孔下游近壁面流动的影响,并比较分析了气膜与主流掺混区域的总压损失.结果表明:随着气膜孔倾角增大,掺混区域厚度将增加且总压损失随之增加;相对于同样倾角的圆形孔和椭圆形孔,扇形孔与扇形后倾孔在较大吹风比下具有较好的贴壁性且掺混损失较低;具有复合角的气膜孔下游掺混厚度均小于相同条件下简单孔射流且掺混损失小;大吹风比射流能为流场带入较高的能量,但当吹风比超过对应孔型最佳吹风比后会使流场变得紊乱。

摘要： 为了了解气膜-发散组合冷却结构中气膜孔与发散孔进气匹配特性对冷却效率的影响,使用三维数值计算的方法,分别对单层气膜发散冷却结构和双层气膜发散冷却结构在不同气膜与发散开孔面积配比、不同气膜结构开孔面积配比下开展平板的综合冷却效率研究.结果表明:单层气膜发散结构在气膜开孔面积占比23％时平均冷却效率最高,同时气膜进气占比越高,最低冷却效率越大、最高冷却效率越小;双层气膜发散结构中,第1层气膜进气占比为1％左右时平均冷却效率最高,随着第1层气膜进气增多,平均冷效增高、最高冷效降低,当第1层气膜进气占比7％～14％时,最低冷效最高.

摘要： 通过数值计算分析了5种多孔层板单元结构,低压比时考察各层板模型冲击面换热性能,高压比时进一步关注进气面的换热特性.研究层板腔内部换热表面的换热特性影响因素.研究结果表明:冲击面高换热系数分布的决定性因素为冲击强化换热;冲击流动高换热区域同样主导了进气面的高换热系数区域位置;较高冷气压比时,气膜孔相对冲击孔扰流柱的位置变化会影响冲击面换热系数;低压比时,异型气膜孔对冲击面的换热强化作用比气膜孔开孔密度影响大,高压比时,气膜孔开孔密度对其换热特性影响比重大.

摘要： 激光、电火花制孔这两种加工方法有非凡的加工能力和互补优势,当今它们已稳定地用在现代航空制造业中.激光打孔的优点不论材料的种类和硬度都可进行，所以应用范围较广，但因精度较差，重复精度也较低，所以用量、规模都不是很大。但对一些特殊零件，采用激光打孔却取得了很大的效益。涡轮叶片气膜孔的加工采用激光旋切，尽在孔壁局部范围尚存在重熔层，最大厚度小于0.05mm，个别孔存在微裂纹，但不进入基体。另外激光打孔对高硬度、非导体材料的微小孔、孔数量很大的零件进行加工也很有优势。电火花打孔工艺最突出的特点是其重熔层厚度仅有激光打孔重熔层厚度的一半，可控制在0.02mm以下，能够满足所有发动机动、静叶片的冶金质量要求对于某些位于叶身型面的气膜冷却孔，且可以使用高速电火花打孔机床，重熔层厚度一般控制在0.04mm以内。激光打孔工艺不需要工作电极，在数控工作台上安装零件不需要制作复杂的工装，气膜冷却孔的尺寸可任意调节，最适宜作为新机研制时打孔的工艺方法。电火花打孔成本低，加工质量比激光加工重熔层薄。在加工气膜孔的过程中，将电火花及激光工艺共同融入其中，合理的调整加工工序，会大大的提高零件的加工质量及效率，同时也会降低其加工成本。

摘要： 在光滑二次流通道的基础上,分析对比了135°肋和45°肋对外部气膜冷却特性的影响.采用瞬态液晶测试技术获得了气膜孔下游表面换热系数与气膜冷却效率分布.并使用realizable k-ε湍流模型对相应结构进行了数值模拟.光滑二次流通道模型中,孔内流线呈螺旋状分布,导致较大的孔内速度分离与流动损失.出口射流分成两部分,其中一股形成一对偏斜的对转涡.135°肋结构中,二次流通道上部分的二次旋流为顺时针方向,使得气流易于流入气膜孔,孔内流线呈直线分布.45°肋结构中,二次流通道上部分二次旋流为逆时针方向,增强了孔内二次旋流.其出口射流结构与光滑横流结构中相似.135°肋结构气膜冷却效率最大而表面换热系数最低.

摘要： 为了实现涡轮部件安全、可靠、高效的运行,减小高温燃气对涡轮叶片前缘的直接热侵蚀,需对其采取冷却技术.应用realizable k-ε两方程湍流模型,对在涡轮叶片前缘两侧开设的不同形状的气膜孔进行数值研究,以得到吹风比对叶片表面冷却效率和气膜孔流量系数的影响规律.研究表明:圆柱形气膜孔的叶片表面冷却效率随吹风比的增加而下降,复合圆柱形气膜孔的冷却效率高于圆柱形孔;气膜孔的流量系数随吹风比的增加先增大然后出现少许的下降,复合圆柱气膜孔的流量系数要比圆柱形气膜孔的流量系数大。

摘要： 为了研究气膜-发散组合冷却结构的冷却特征,设计了五种组合冷却结构形式,采用实验的方法对气动参数和几何参数对冷却效率的影响规律开展了研究,结果表明:(1)由于气膜的存在使得发散冷却的起始段冷却效率有很大的提高,极大提高了发散冷却结构的整体冷却效率;(2)随着发散孔纵向间距的增大,发散段整体冷却效果的冷却效率逐渐降低,但对发散冷却起始段的影响不大;(3)发散孔复合角对冷却效率对冷却效率的影响随吹风比的变化而变化,在小吹风比时, 45°复合角的冷却效率最高,在吹风比较大时,在发散冷却段的中后部,0°复合角的冷却效率最高.

摘要： 本发明公开一种加工双联整铸导向叶片遮挡部位气膜孔的定位夹具，根据零件加工特点，设计出一套以叶片叶身六点为基准，加工进气侧、排气侧遮挡气膜孔，可加工两片叶片中间遮挡区域的无基准转换的定位夹具，包括左叶片进气侧夹具、右叶片进气侧夹具、左叶片排气侧夹具、右叶片排气侧夹具和快速避让电机夹持器，需要两组夹具及电极夹持器配合进行不同孔位的加工；左叶片进气侧夹具与右叶片进气侧夹具结构相同；左叶片排气侧夹具和右叶片排气侧夹具结构相同。本发明最终采用干涉区域外对刀和轨迹路径避让进刀方式，配合多轴矢量加工的方法，成功完成某机整体双联导向叶片干涉部位气膜孔加工。

摘要： 本发明涉及一种提高开槽气膜孔下游壁面气膜冷却效率的结构，包括气膜孔、横向开槽和壁面，横向开槽开设在壁面上游区域，气膜孔位于横向开槽上，其特征在于所述壁面的下游区域设有凸起；所述凸起以过气膜孔出口中心且垂直于壁面的直线为轴对称布置，凸起迎向气膜孔的方向为进气口，相反方向为出气口，所述凸起背向气膜孔的一侧型线为背压型线，迎向气膜孔的一侧型线为迎风型线，所述背压型线为向壁面下游方向凸出的型线；所述进气口的长度是气膜孔的孔径的2-5倍，进气口的长度是出气口的长度的1.5-4倍；凸起的进气口距气膜孔出口中心的距离与气膜孔的孔径的比值为10-30；所述凸起的高度与气膜孔的孔径的比值为0.25-3。

摘要： 本发明公开一种加工双联整铸导向叶片遮挡部位气膜孔的定位夹具，根据零件加工特点，设计出一套以叶片叶身六点为基准，加工进气侧、排气侧遮挡气膜孔，可加工两片叶片中间遮挡区域的无基准转换的定位夹具，包括左叶片进气侧夹具、右叶片进气侧夹具、左叶片排气侧夹具、右叶片排气侧夹具和快速避让电机夹持器，需要两组夹具及电极夹持器配合进行不同孔位的加工；左叶片进气侧夹具与右叶片进气侧夹具结构相同；左叶片排气侧夹具和右叶片排气侧夹具结构相同。本发明最终采用干涉区域外对刀和轨迹路径避让进刀方式，配合多轴矢量加工的方法，成功完成某机整体双联导向叶片干涉部位气膜孔加工。

摘要： 本发明公开了一种气膜孔定位工装，用于电火花加工涡轮叶片的气膜孔，包括用于夹持该涡轮叶片叶身的定位部，该定位部穿设有用以电极丝穿过的导向孔。本发明能够提高气膜孔的位置精度，减小气膜孔的孔位误差，提高生产效率，提高涡轮叶片的冷却效果。

摘要： 本发明公开了一种用于冷却叶片的凹陷‑气膜孔冷却结构，包括设置在冷却叶片的内壁的凹陷和贯穿冷却叶片的气膜孔，气膜孔具有入口，入口位于凹陷处。本发明还公开了一种气膜冷却装置，包括冷却叶片、一个或多个凹陷，以及一个或多个气膜孔，其中凹陷设置在冷却叶片的内壁上，气膜孔贯穿冷却叶片，气膜孔具有入口，全部的气膜孔的入口位于凹陷处；或者一部分气膜孔的入口位于凹陷处，另一部分气膜孔的入口位于冷却叶片的内壁面上除凹陷以外的区域；或者多个气膜孔的入口位于一个凹陷处。本发明的凹陷‑气膜冷却结构能够改善气膜孔与冷却叶片内部流道之间的匹配，从而改善气膜孔入口和气膜孔内的流动状态、提高冷却叶片外部壁面的气膜冷却性能。

摘要： 本发明涉及一种提高开槽气膜孔下游壁面气膜冷却效率的结构，包括气膜孔、横向开槽和壁面，横向开槽开设在壁面上游区域，气膜孔位于横向开槽上，其特征在于所述壁面的下游区域设有凸起；所述凸起以过气膜孔出口中心且垂直于壁面的直线为轴对称布置，凸起迎向气膜孔的方向为进气口，相反方向为出气口，所述凸起背向气膜孔的一侧型线为背压型线，迎向气膜孔的一侧型线为迎风型线，所述背压型线为向壁面下游方向凸出的型线；所述进气口的长度是气膜孔的孔径的2-5倍，进气口的长度是出气口的长度的1.5-4倍；凸起的进气口距气膜孔出口中心的距离与气膜孔的孔径的比值为10-30；所述凸起的高度与气膜孔的孔径的比值为0.25-3。

摘要： 本发明公开了一种用于涡轮叶片前缘气膜冷却的错位对冲气膜孔排结构，在涡轮叶片前缘区域加工出气膜冷却孔排；吸力面错位对冲气膜孔排与压力面错位对冲气膜孔排位于叶片前缘驻点错位对冲气膜孔排的两侧，各气膜孔截面形状由气膜孔入口等截面变化为气膜孔出口,且与涡轮叶片内冷通道相连通。气膜孔径向倾角为25～60°；气膜孔孔径为0.3～0.8mm；气膜孔排内同向倾斜孔的径向孔间距为3d～9d；气膜孔排内错位气膜孔中心线之间的流向距离为0.5d～d；相邻的两错位气膜孔的径向间距为3d～9d。错位对冲气膜孔排结构使得喷出的冷气在叶片前缘壁面上形成较为稳定的气膜覆盖区，改善了气膜冷却效果；且具有加工简便、成本低的特点。

摘要： 本发明涉及涡轮叶片加工的技术领域，具体而言，涉及一种气膜孔孔位确定方法，配合于电脉冲成型机床使用；电脉冲成型机床包括加工台和加工轴；气膜孔孔位确定方法将标注样件放置于加工后台移动加工轴将电极丝移动至标准样件的气膜孔内。通过电脉冲成型机床的自动找中来确定当前气膜孔的位置。通过标准样件的气膜孔来进行定位。当电极丝进入标准样件的气膜孔后，加工轴自动进行找中，进而通过电脉冲成型机床进行自动找中。电脉冲成型机床自动找中的精度高，进而有效的保证气膜孔孔位确定精准。同时，这也避免人工反复的找中并对找到的中心的准确度进行验证，进而提高效率。

摘要： 本实用新型涉及一种提高开槽气膜孔下游壁面气膜冷却效率的结构，包括气膜孔、横向开槽和壁面，横向开槽开设在壁面上游区域，气膜孔位于横向开槽上，其特征在于所述壁面的下游区域设有凸起；所述凸起以过气膜孔出口中心且垂直于壁面的直线为轴对称布置，凸起迎向气膜孔的方向为进气口，相反方向为出气口，所述凸起背向气膜孔的一侧型线为背压型线，迎向气膜孔的一侧型线为迎风型线，所述背压型线为向壁面下游方向凸出的型线；所述进气口的长度是气膜孔的孔径的2-5倍，进气口的长度是出气口的长度的1.5-4倍；凸起的进气口距气膜孔出口中心的距离与气膜孔的孔径的比值为10-30；所述凸起的高度与气膜孔的孔径的比值为0.25-3。

摘要： 本实用新型公开了一种航空发动机叶片气膜孔孔位孔径定位检测装置，包括底座、滑移机构、翻转机构、固定机构以及成像机构，滑移机构的移动工作台设置于滑槽内，移动工作台上表面设有可沿其左右滑动的平移板，翻转机构固定设置于平移板上，固定机构固定设置在翻转机构的转盘上，固定机构的固定盘上表面设有若干用于固定叶片的固定针，固定环内侧设有若干用于加强固定的固定杆，成像机构包括升降台和位于升降台下部的工业相机。本实用新型采用非接触测量的方式，提高了拍摄精度，同时使用固定装置对叶片进行固定，配合滑移机构以及翻转机构，能够有效调整叶片的空间摆放位置，避免了由于设备角度定位误差对气膜孔直径和位置校准的影响。