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航空密封件设计及复杂工况试验关键技术应用

发布时间: 2023-11-08

来源: 科技服务团

基本信息

合作方式: 合作开发
成果类型: 发明专利
行业领域:
高端装备制造产业
成果介绍
密封件是高端装备“卡脖子”的关键性基础零部件,也是航空发动机上较为常用的关键零部件,应用于航空发动机多个部件之间的油、气密封。由于航空发动机的工况环境复杂极端(高温高压高转速强振动等工况),不仅要求其尺寸精度与相应发动机零部件相匹配,同时还要有良好的高温弹性、高温疲劳强度和结构稳定性。密封件的密封性能及寿命对航空发动机的性能和安全至关重要,为保证密封效果提高发动机效率,使其能够在航空发动机严苛工况环境下长时间有效工作,不仅要对密封件结构进行优化设计,更要在模拟发动机复杂工况条件下对所设计的密封件进行耐环境适应性考核、性能考核、寿命评估评价。鉴于此,南昌航空大学联合中国航发湖南动力机械研究所、中国航发长江动力有限公司和江西中发天信航空发动机科技有限公司等单位开展航空发动机密封件设计及复杂工况试验关键技术研究,取得了该项目成果。
成果亮点
(1)体系创新:提出了航空密封件功能结构一体化设计及试验体系 充分掌握了航空密封件结构对性能的影响机理,提出了航空密封件结构设计优化方法。仿真分析了航空密封件的刚度和回弹特性,揭示了密封环的弹性区和塑性区随着压缩量的变化关系,研究了航空密封件结构对其封严性能的影响机理,探索了航空密封件可靠工作的边界,建立了相应的泄漏量的预测模型,得到了航空密封件密封性能与其结构和工作参数之间的量化关系。基于上述分析,形成了高性能航空密封件功能结构一体化设计、复杂工况下性能试验方法、标准等系统技术体系。 (2)方法创新:发明了航空密封件复杂工况试验设计方法 提出了波纹环试验转接装置取代压力容器结构,提出了高温密封腔中变形误差补偿测量方法,有效解决了引伸杆在高温高压容器中的动态密封难题,保障了试验安全性,减少了封严环试验高压气需求量,提高了试验件加载力和变形量的测量精度,加强了封严环加载作用力的可控性。提出了基于能量预估模型的多温区加热控制方法,实现了上下压板大工质装置的无超调控温及环温的均匀性。基于上述方法解决了兼顾高温和高压等工况试验模拟及测试的难点。
团队介绍
项目研究解决了航空密封件设计及复杂工况试验技术理论与应用中的诸多难点,成果相关技术累计申请专利42项,已获授权发明专利19项,已授权实用新型专利12项,已授权登记软件著作权6项,发表重要学术论文22篇。
成果资料
成果综合评价报告

评价单位:“科创中国”江西科技服务团 (江西省科学技术协会) 评价时间:2023-11-13

李立德

江西省机械工程学会

组员

综合评价

1.项目技术资料齐全,符合科技成果评价要求。 2.该项目的主要创新点是: (1)充分掌握了航空密封件结构对性能的影响机理,提出了航空密封件结构设计优化方法。仿真分析了航空密封件的刚度和回弹特性,揭示了密封环的弹性区和塑性区随着压缩量的变化关系,研究了航空密封件结构对其封严性能的影响机理,探索了航空密封件可靠工作的边界,建立了相应的泄漏量的预测模型,得到了航空密封件密封性能与其结构和工作参数之间的量化关系。 (2)创新地提出了波纹环试验转接装置取代压力容器结构,提出了高温密封腔中变形误差补偿测量方法,有效解决了引伸杆在高温高压容器中的动态密封难题同时降低试验成本,并保障了试验安全性,解决了高温高压环境下的高精度变形测量难题,实现了高精度变形量测量与控制,精度高达士0.01mm。 (3)研制了几乎国内所有的航空发动机金属封严环全工况试验装置,开发了具有自主知识产权的发动机封严环综合工况试验专用控制器,为密封试验量身定制,其与合同设备有更好的契合度,将设备不匹配导致的问题减到最少,大大提高了系统的实时性和可靠性。国内同类金属封严环工况试验设备只具备常温下的性能测试能力,该装置能够实现金属封严环常温和高温状态下密封、持久及疲劳试验功能。 (4)发明了一种现场设备间的数字通信传输方法及系统,解决了复杂系统设备间的可靠数字通信问题,并实现了系统的软硬件分离、应用与界面分离。能更方便地实现软件与虚拟硬件、虚拟硬件与实际硬件之间的双向配合调试,提高了调试效率。 (5)提出了基于能量预估模型的多温区加热控制算法,实现了上下压板大工质装置的无超调控温及封严环整圈温度的均匀性,分区间误差小于0.5℃。设计了一种可移动的气路调节及双向测量装置,实现了仅用一个质量流量计可测量内外开口两种方向的封严环泄漏量,测量精度达0.5%FS。 (6)高转速下石墨封严环和发动机转子工作区域全工况模拟技术;提出了一种细小空间复杂油气环境下石墨封严环跑道温度测量技术,提出了一种微小泄漏的石墨密封泄漏测量方法,设计了一种石墨密封试验轴跳动调节测量装置,解决了高转速下石墨封严环与发动机转子工作区域全工况模拟及复杂环境参数的测量。 综上所述,评审专家组认为“航空密封件设计及复杂工况试验关键技术”项目整体技术达到国内领先水平,国际先进水平。
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