一种有高导热镀层或涂层的抗热弯曲鼓筒转子设计方法技术

本申请属于航空发动机设计领域，为一种有高导热镀层或涂层的抗热弯曲鼓筒转子设计方法，先获取该转子轴段的结构参数及导热系数，并在停机后采集对应转子轴段的热弯曲参数；再选择导热材料及导热材料在转子轴段上的使用位置，计算敷涂参数，对该转子轴段敷涂该导热材料；设置导热能力提升系数阈值，判断该两种情况下的导热能力提升系数是否满足导热能力提升系数阈值，若是，则完成设计；降低了对阻尼装置的需求，若无其他振动问题，可取消阻尼装置以降低结构复杂度和重量。置以降低结构复杂度和重量。置以降低结构复杂度和重量。

【技术实现步骤摘要】
一种有高导热镀层或涂层的抗热弯曲鼓筒转子设计方法


[0001]本申请属于航空发动机设计领域，特别涉及一种有高导热镀层或涂层的抗热弯曲鼓筒转子设计方法。

技术介绍

[0002]航空涡喷、涡扇发动机工作一段时间停车后，向环境散热冷却的过程以导热和自然对流换热为主，其转子盘腔内热气上浮、冷气下沉，且散热过程缓慢，易出现转子件上部温度高于下部温度、上部热变形大于下部热变形的“热弯曲”。“热弯曲”的存在增大了转子的不平衡量，会导致振动过大、转静子碰磨磨损加剧等问题，进而影响发动机的可靠性和性能保持能力。通常在发动机停车后的半小时即会出现“热弯曲”，持续时间可达数小时，而飞机落地后再复飞时间间隔通常也在0.5～1.5小时，正处于“热弯曲”最显著的时段。因此“热弯曲”显著影响了发动机的再次出动效率。类似的停车后转子热弯曲现象在燃气轮机中也存在，妨碍再起动。
[0003]目前发动机设计中并没有直接抑制或缓解转子“热弯曲”程度的结构措施，一般通过设置阻尼减振装置来抑制“热弯曲”引起的振动幅度；
[0004]采用阻尼装置时：
[0005]1、阻尼减振装置增加了结构复杂度和重量，且作用在于减振，而非缓解或抑制“热弯曲”引起的转子不平衡，治标不治本；
[0006]2、阻尼装置的设计有其所特别针对的常规状态转子不平衡量范围，而“热弯曲”所引起的不平衡量通常显著大于常规不平衡量范围。超出设计针对的不平衡量范围时，阻尼装置会失去功效或呈现强非线性特性导致转子动力学失稳。
[0007]对于没有阻尼减振装置的发动机，则需要增加使用限制条件来确保发动机安全起动，例如起动前的冷运转(起动机带转，但不向燃烧室喷油点火)，以促进转子和盘腔温度的均匀，缓解“热弯曲”变形。
[0008]附加使用限制条件时：
[0009]1、附加“冷运转”使用条件时，增加了起动机寿命的消耗；
[0010]2、起动时间仍比正常起动时间漫长，影响再次出动效率。
[0011]因此如何保证发动机稳定稳定性和起动机寿命的同时减少发动机的热弯曲是一个需要解决的问题。

技术实现思路

[0012]本申请的目的是提供了一种有高导热镀层或涂层的抗热弯曲鼓筒转子设计方法，以解决现有技术中在减少发动机的热弯曲的同时难以保证发动机的稳定性或者起动机寿命的问题。
[0013]本申请的技术方案是：一种有高导热镀层或涂层的抗热弯曲鼓筒转子设计方法，包括：
[0014]根据当前发动机的类型确定高温环境下需要进行抗热弯曲的转子轴段，获取该转子轴段的结构参数及导热系数；
[0015]根据当前转子轴段的结构参数及导热系数，选择导热材料及导热材料在转子轴段上的使用位置，计算敷涂参数，对该转子轴段敷涂该导热材料；
[0016]设置导热能力提升系数阈值，判断该两种情况下的导热能力提升系数是否满足导热能力提升系数阈值，若是，则完成设计；若否，则重新选择转子轴段上敷涂的导热材料、使用位置，并重新计算敷涂参数。
[0017]优选地，所述敷涂参数包括敷涂厚度，所述敷涂厚度的计算公式为：
[0018][0019]式中，λ
b
为对应转子轴段导热系数，t
b
为基材厚度，λ
c
为涂层/镀层材料面内导热系数，n为增加涂层/镀层后周向导热能力提升系数。
[0020]优选地，当对该转子轴段使用导热材料进行镀膜时，选用的导热材料为金属铜或者银；当对该转子轴段使用导热材料进行涂敷时，选用的导热材料为石墨薄膜或者石墨烯薄膜。
[0021]优选地，进行抗热弯曲的转子轴段为鼓筒轴。
[0022]优选地，对转子轴段进行导热材料敷涂的位置包括转子内表面、外表面或双侧表面。
[0023]本申请的一种有高导热镀层或涂层的抗热弯曲鼓筒转子设计方法，先获取该转子轴段的结构参数及导热系数，再选择导热材料及导热材料在转子轴段上的使用位置，计算敷涂参数，对该转子轴段敷涂该导热材料；设置导热能力提升系数阈值，判断该两种发动机整机试验下的导热能力提升系数是否满足导热能力提升系数阈值，若是，则完成设计。降低了对阻尼装置的需求，若无其他振动问题，可取消阻尼装置以降低结构复杂度和重量；无需冷运转等附加使用条件，节省起动机寿命，改善发动机的再出动效率。
附图说明
[0024]为了更清楚地说明本申请提供的技术方案，下面将对附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述的附图仅仅是本申请的一些实施例。
[0025]图1为本申请整体流程示意图；
[0026]图2为本申请在转子内表面增加涂层/镀层的结构示意图；
[0027]图3为本申请在转子外表面增加涂层/镀层的结构示意图；
[0028]图4为本申请在转子双侧表面增加涂层/镀层的结构示意图。
具体实施方式
[0029]为使本申请实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行更加详细的描述。
[0030]一种有高导热镀层或涂层的抗热弯曲鼓筒转子设计方法，如图1所示，包括如下步骤：
[0031]步骤S100，根据当前发动机的类型确定高温环境下需要进行抗热弯曲的转子轴
段，获取该转子轴段的结构参数及导热系数；
[0032]优选地，选用抗热弯曲的转子轴段为高压转子的鼓筒轴，该鼓筒轴采用高温合金材料制造，导热系数在10～20(W/(mK))量级，热弯曲参数包括转子不平衡量、导热能力、振动幅度等。
[0033]步骤S200，根据当前转子轴段的结构参数及导热系数，选择导热材料及导热材料在转子轴段上的使用位置，计算敷涂参数，对该转子轴段敷涂该导热材料；
[0034]优选地，当对该转子轴段使用导热材料进行镀膜时，选用的导热材料为金属铜或者银(导热系数为400W/(mK)量级)，镀膜后形成镀层；当对该转子轴段使用导热材料进行涂敷时，选用的导热材料为石墨薄膜或者石墨烯薄膜(导热系数为1000～2000W/(mK)量级甚至更高)，涂敷后形成涂层；敷涂方式选用现有的方式即可，具体不再赘述。
[0035]敷涂参数包括敷涂厚度，所述敷涂厚度的计算公式为：
[0036][0037]式中，λ
b
为对应转子轴段导热系数，t
b
为基材厚度，λ
c
为涂层/镀层材料面内导热系数，n为增加涂层/镀层后周向导热能力提升系数。
[0038]步骤S300，设置导热能力提升系数阈值，判断该两种情况下的导热能力提升系数是否满足导热能力提升系数阈值，若是，则完成设计；若否，则重新选择转子轴段上敷涂的导热材料、使用位置，并重新计算敷涂参数。
[0039]优选地，对转子轴段进行导热材料敷涂的位置包括转子内表面(如图2中
①
所示)、外表面(如图3中
②
所示)或双侧表面(如图4中
③
所示)；根据不同的导热能力需求，可以选择不同的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种有高导热镀层或涂层的抗热弯曲鼓筒转子设计方法，其特征在于，包括：根据当前发动机的类型确定高温环境下需要进行抗热弯曲的转子轴段，获取该转子轴段的结构参数及导热系数；根据当前转子轴段的结构参数及导热系数，选择导热材料及导热材料在转子轴段上的使用位置，计算敷涂参数，对该转子轴段敷涂该导热材料；设置导热能力提升系数阈值，判断该两种情况下的导热能力提升系数是否满足导热能力提升系数阈值，若是，则完成设计；若否，则重新选择转子轴段上敷涂的导热材料、使用位置，并重新计算敷涂参数。2.如权利要求1所述的有高导热镀层或涂层的抗热弯曲鼓筒转子设计方法，其特征在于，所述敷涂参数包括敷涂厚度，所述敷涂厚度的计算公式为：式中，λ
b
为对应转子轴...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗鹏，周伟朋，杨乐，高东武，梁海涛，
申请(专利权)人：中国航发沈阳发动机研究所，
类型：发明
国别省市：