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標題: 中國航發關鍵技術獲重大突破 不拆開發動機就能檢測 [打印本頁]
      

      
作者: 上材NDT雜志    時間: 2018-12-29 13:38
      
標題: 中國航發關鍵技術獲重大突破 不拆開發動機就能檢測
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在航空發動機高速運轉狀態下， 發動機內部葉片高速旋轉， 高溫氣體高速流動、氣體壓力也急劇增加。在這樣惡劣的環境中， 實現對內部結構的無損檢測，一直以來是發動機設計研究領域的世界性難題。例如：在第三代大推力航空發動機設計定型投產后，曾多次發生不明原因的重大故障，由于沒有先進的內部無損檢測系統，不得不依靠工人師傅將全部發動機部件進行手工拆解，用儀器檢測排除懷疑故障后再人工組裝起來重新試車。
      

      
根據公開報道，曾多次榮獲國家榮譽稱號，對本單位發動機生產組裝了如指掌的國家一級高級技師（比科學家還稀少）工人團隊，22天時間“連軸轉”，也只才拆了9臺發動機。
      
 
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即使這樣，有時也很難發現那些只有在發動機運行時才會出現的問題。如果在戰爭環境或國際局勢高度緊張的情況下發生上述情況，后果將不堪設想。傳統測試方法由于無法實現直接發現故障原因， 而且測量的準確性也得不到保證，因此實現對航空發動機內部結構的非接觸式、高精度測量， 提高國內發動機研制水平， 是我國航空工業的迫切需要，也是航空工業許多專家和有識之士數十年的愿望。
      

      
X射線成像、CT成像在人體檢查及疾病診斷中的重要作用和地位早已經為人們所熟知，同樣，高能X射線測試系統在航空發動機試驗和故障診斷方面也是行之有效的方法和手段。與人體X成像不同的是，航空發動機X射線數字成像系統由于要透過數厘米厚的金屬或非金屬進行內部實時動態成像，因此輻射能量可達人體X成像的100多倍，因此被稱為高能X射線測試系統。
      
 
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采用高能X射線測試系統能很方便地觀察和測量航空發動機任意部位、任何運行狀態下的內部工件的微變情況，甚至可測量發動機的高速顫振情況，為發動機設計調試和改進提供重要數據。同時也可進行極高精度的靜態成像，及早發現由機械力和熱應力引起的零部件變形、松動及葉片裂紋等可能引起嚴重后果的事故隱患。高能X射線測試系統也可間接大幅提高航空發動機的推力和性能。
      

      
例如該獎項所述發動機動態轉靜子間隙變化就是一例。對葉尖間隙進行有效的控制，可以顯著的降低航空發動機的油耗和排氣溫度，葉尖間隙每增加葉片長度的1%，發動機效率約降低1.5%，耗油率約增加3%，發動機全壽命費用增加2%。假設某第四代航空發動機不修改任何設計，僅僅把發動機動態轉靜子間隙減小2%，發動機推力就可能增加400-500公斤，排氣溫度降低40-50℃，大幅提升戰斗機性能，延長超音速巡航時間。
      

      
假設大推力高涵道比運輸機用發動機動態轉靜子間隙減小2%，該發動機油耗就會減少4至6%，飛行航程將會更遠。但葉尖間隙設計過小，將增加葉片與機匣碰撞摩擦的概率，導致零部件損壞，影響發動機安全性和使用壽命。由于航空發動機高速運轉過程中會產生高溫、高壓、形變等問題，傳統的各種測量方法均受到一定的局限。所以航空發動機葉尖間隙尺寸的測量一直是困擾我國發動機研究人員的一項重要的技術難題。采用高能X射線輻射成像方法進行轉子葉尖間隙的檢測，具有非接觸和檢測圖像直觀的優點，使我國航空發動機的檢測技術獲得質的飛躍。
      

      
英國著名的航空發動機研制廠商勞斯萊斯(Rolls-Royce)公司最早將高能X射線用于航空發動機試驗中，該公司公司在80年代就研制出高能X射線實時顯示與處理系統。勞斯萊斯公司已在其研制的數十種機型，數百臺各種發動機原型機上使用了高能X射線測試系統，大幅加快了研制進度，取得了十分顯著的經濟和社會效益。
      

      
美國通用電氣公司公司、法國斯奈克瑪公司經過技術交流，也通過引進或獨自研制把高能X射線測試系統應用在自己的新型航空發動機研制中。現在西方主要的航空發動機公司的高能X射線測試系統的設備已很完備，其試驗技術也已相當成熟。
      

      
美國最近已經把該系統用于觀察超燃沖壓發動機內部油氣混合燃燒時的動態圖像，來了解燃燒室內部的基本流體特性和燃燒化學等關鍵知識，幫助該國在高超聲速科研體系趕上中俄兩國。有關資料稱，俄羅斯在航空發動機試驗中尚未使用高能X射線測試系統來進行研究。
      

      
我國的有關科研機構研制的高能射線數字成像系統已經進行了一系列發動機成像檢測實驗。從發動機檢測圖像中，科研人員可以清晰辨識發動機內部結構和發動機工作狀態的變化情況。并且圖像經過處理后， 可以得到某些急需的關鍵結構參數在發動機不同工作狀態下發生變化的準確數據，為我國新型航空發動機的研發設計提供了重要參考和依據。
      

      
來源：未來巡航者
      

      





      

      

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