航空发动机压气机叶片-封严涂层碰摩仿真与实验研究

摘要

为了提高推重比和效率，航空发动机转静子之间的间隙越来越小，导致航空发动机发生碰摩故障的风险大大增加。封严涂层涂覆在航空发动机机匣处，当航空发动机发生碰摩故障时，封严涂层往往参与其中。良好的摩擦磨损性能是封严涂层实现其功能的重要保障。研究涂层的参数对摩擦磨损性能的影响对于确定涂层的喷涂参数以达到更好的摩擦磨损性能具有重要意义。转子叶片-封严涂层碰摩模型较之传统的转子轮盘-机匣碰摩模型更接近真实碰摩故障下的转子系统，有助于了解真实碰摩故障下的转子系统状态。因此本文通过仿真和实验相结合的方法研究封严涂层摩擦磨损性能和叶片-涂层碰摩过程中叶片及转子系统的动力学响应。 基于库伦摩擦模型和平面应力分析模型，建立封严涂层的滑动摩擦有限元模型，研究涂层/粘结层/基体系统在接触载荷作用下的应力分布情况。详细分析摩擦系数、涂层厚度以及粘结层厚度等参数对涂层表面、涂层与粘结层界面以及粘结层与基体界面处的应力大小和分布的影响。 基于接触动力学理论，建立航空发动机压气机叶片-封严涂层/机匣碰摩仿真有限元模型。模拟真实叶片模型与封严涂层或机匣发生碰摩的瞬态过程。对比分析叶片-机匣碰摩和不同侵入深度下叶片-涂层碰摩时碰摩力大小和叶尖应力分布情况。 基于刮削功理论推导叶片-封严涂层刮削力模型，推导考虑Hertz接触理论的滚动轴承力方程，进而建立含碰摩故障的 Jeffcott 转子系统动力学模型。采用Runge-Kutta 数值解法求解微分方程，分析不同转速下碰摩故障转子系统动力学特征。 搭建转子系统叶片-封严涂层/机匣碰摩实验台，并分别进行了叶片-机匣碰摩实验和叶片-涂层碰摩实验，测取了不同转速和不同侵入深度下转子系统的位移、碰摩力以及碰摩板振动加速度信号，分析碰摩过程中转子系统的动力学响应以及碰摩力的变化情况。 全文系统分析了封严涂层参数对涂层性能的影响以及封严涂层的存在对转子系统碰摩过程和转子系统动力学特性的影响，为深入研究叶片-涂层碰摩提供了研究思路。

目录

第一个书签之前