【长知识】航空发动机封严技术的进展
航空发动机关键材料技术的发展现状与趋势
1、航空发动机关键材料技术的发展现状与趋势航空发动机是在高温、高压、高速旋转的恶劣环境条件下长期可靠工作的复杂热力机械，在各类武器装备中，航空发动机对材料和制造技术的依存度最为突出，航空发动机高转速、高温的苛刻使用条件和长寿命、高可靠性的工作要求，把对材料和制造技术的要求逼到了极限。
材料和工艺技术的发展促进了发动机更新换代，如：第一、二代发动机的主要结构件均为金属材料，第三代发动机开始应用复合材料及先进的工艺技术，第四代发动机广泛应用复合材料及先进的工艺技术，充分体现了一代新材料、一代新型发动机的特点。
在航空发动机研制过程中，设计是主导，材料是基础，制造是保障，试验是关键。
从总体上看，航空发动机部件正向着高温、高压比、高可靠性发展，航空发动机结构向着轻量化、整体化、复合化的方向发展，发动机性能的改进一半靠材料。
据预测，新材料、新工艺和新结构对推重比12~15一级发动机的贡献率将达到50%以上，从未来发展来看，甚至可占约2/3。
因此，先进的材料和制造技术保证了新材料构件及新型结构的实现，使发动机质量不断减轻，发动机的效率、使用寿命、稳定性和可靠性不断提高，可以说没有先进的材料和制造技术就没有更先进的航空发动机。
正是由于不断提高的航空发动机性能对发动机材料与制造技术提出了更高的要求，各航空发达国家都投入了大量人力、物力和财力，对航空发动机用的材料与制造技术进行全面、深入的研究，取得了丰硕的成果，满足了先进发动机的技术要求。
从国外航空发动机材料与制造技术的发展情况来看，加强材料与制造技术工程化研究是缩短发动机研制周期、减少应用风险、增加研制投入产出比最有效的途径之一。
因此从20世纪70年代至今，航空发达国家安排了一系列的发动机材料和制造技术工程化研究计划，规划了整个材料和制造技术领域的发展方向，为各种先进军、民用发动机提供了坚实的技术基础。
如美国综合高性能发动机技术(IHPTET)计划、下一代制造技术计划(NG-MTI)，美国空军复合材料经济可承受性计划(CAI)等（见表1)。
航空发动机用W型截面封严环新型成形工艺及有限元仿真
航空发动机用W型截面封严环新型成形工艺及有限元仿真王海波;桑贺【摘要】本文提出了一种新型 W型截面封严环成形工艺,即辊弯-弯圆-焊接成形工艺.将新工艺与传统工艺进行了对比,并在有限元软件 ABAQUS中建立了辊弯-弯圆成形有限元模型,通过对仿真结果进行成形机理分析探究金属板材在辊弯-弯圆成形过程中的变形行为.【期刊名称】《北方工业大学学报》【年(卷),期】2018(030)005【总页数】7页(P83-89)【关键词】W型截面封严环;辊弯成形;弯圆;有限元仿真;成形机理【作者】王海波;桑贺【作者单位】北方工业大学机械与材料工程学院,100144,北京;北方工业大学机械与材料工程学院,100144,北京【正文语种】中文【中图分类】TH1621 绪论1.1 国内外发展状况W型截面封严环是用于航空发动机上高速转动的密封环，是安装在两个法兰之间，用来保证在预定的使用寿命内两个法兰之间的密封性能的密封环.在国外，W型截面封严环核心加工技术只掌握在美国、加拿大等少数发达国家手中.国内尚未具备成熟、系统的设计分析和制造体系，应用于航空发动机上的封严环一直依赖进口.中航空天发动机研究院有限公司的朱宇和北京航空航天大学的万敏等人基于液压成形，提出动模外压成形方法，并建立了有限元模型，进行数值模拟和工艺试验，探讨了成形过程中环向失稳起皱等失效形式，提出了优化工艺参数.[1]南昌航空大学的陈希等利用有限元软件对其性能进行模拟分析，并计算了其在工作时的气体泄漏率，为设计封严环提供一定的理论依据及准则.[2]旋压或液压精密塑性成形是类似航空 W型截面封严环的“超薄、大变形、精密”环件加工的有效技术途径之一，也是值得深入研究发展的未来精密塑性成形技术的发展趋势.辊弯成形能保证零件质量、性能、使用要求[3]，而且可以降低成本，提高零件的耐磨性及疲劳强度，具有成本低、效率高、可以生产复杂变截面产品等优点.[4]因此本文提出采用辊弯成形来制造此类薄壁复杂截面环件，开辟该类零件成形制造的另一种新方法.1.2 新型成形工艺简介W型截面封严环是航空发动机所用关键零件，在本文给出的新型W型截面封严环生产工艺中，其核心生产工艺为辊弯成形技术.辊弯成形是通过顺序配置的多道次成形轧辊，把金属板带不断地进行横向弯曲，以制成特定断面型材的工艺技术，是一种节材、节能、高效、先进适用的板金属成形工艺.[5-6]新型W型截面封严环生产工艺流程具体分为开卷、校直、辊弯、弯圆、焊接，工艺示意图如图1所示.金属板材经过校直之后进入辊弯生产线，得到直线形特定断面的零件.为获得符合形状的工艺产品，将直线形产品送入弯圆机.产品经过弯圆机成形之后变为端口未连接的环形件.最后将环形件的端口焊接在一起即可得到W型封严环.本文主要研究工艺为辊弯-弯圆连续成形工艺，未对焊接工艺进行探究.图1 工艺示意图2 新型W型截面封严环生产工艺有限元分析W型截面封严环的辊弯成形属于变截面辊弯成形，是大变形复杂非线性的成形过程.W型截面封严环材质为高温合金GH4169.在W型截面封严环成形过程中，轧辊自转，板料借助与轧辊之间的摩擦力的向前运动，发生形变.为了探究本文提出的新型W型截面封严环生产工艺中板材的变形行为，采用ABAQUS软件对该工艺进行有限元分析.本次仿真并未涉及焊接工艺.2.1 新工艺与传统工艺对比目前国内生产此类薄壁复杂截面密封环有两种工艺：一是中航空天发动机研究院有限公司的朱宇和北京航空航天大学的万敏等人基于液压成形，提出动模外压成形工艺[7]，二是南昌航空大学提出的环形毛坯滚压成形工艺.[8]这两种工艺均能够生产符合要求的薄壁复杂截面密封环，技术发展较为成熟.新工艺核心技术为板材的辊弯成形，辊弯成形技术是一种节能、高效的金属成形工艺技术，节能意味着该成形工艺产生的能耗较低，高效意味着该工艺自动化程度较高，即由机械故障、能源失控以及人员操作失误所带来的风险程度较小.与传统工艺相比，本文提出的辊弯-弯圆成形工艺可以实现工件的连续性生产，在中航空天发动机研究院有限公司提出的动模外压成形工艺中，环形毛坯件需要置放于成形模具中，成形完毕后再取出，随后再置入新的毛坯件；南昌航空大学提出的滚压成形工艺需要将毛坯件在不同的成形道次间频繁取出、安置.相比较于这两种传统工艺，本文提出的新工艺能够将直线型板材连续、不间断地完成成形.工件成形完毕后，只需将板材切断，即可进行后续工件的成形.被切割的板材在完成焊接之后即为所需工件.新工艺大大提高了生产效率，节约了时间成本.2.2 新工艺成形过程变形与缺陷分析新型W型截面封严环在成形过程中，板材发生了较大的弹塑性变形.在板材的横截面成形为W型的过程中，板材的运动方向以及横截面方向都发生了较大的弹塑性变形，这两个方向上的变形均是通过轧辊对板材施加载荷实现的，轧辊形状的改变会导致载荷施加的大小、位置发生改变，从而使板材在成形方向与截面方向发生复杂的、不均匀的变形，经过一系列的道次，将板材成形为目标形状.在弯圆成形时，W型截面的板料是受压的过程，利用材料的特性和辅助轧辊完成弯圆的成形.在辊弯成形过程中，板材在出现能够预计到的横向弯曲、纵向弯曲的同时，还会产生出一些额外的、多余的变形.这些多余的变形会导致板料产生翘曲、扭曲、边波、减薄、破损、撕裂等现象，这种变形被称为冗余变形，冗余变形会影响零件成品的质量.在辊弯成形所应用的板材中，板材的的横向尺寸与纵向尺寸差距较大.在板材受到轧辊的载荷时，板材的纵向与横向产生的应变容易分布不均，从而引起翘曲及边波等现象.[9]边波经常出现在道次间切换时.边波的出现既响了产品的质量，也会引起材料堆积等情况影响生产线的正常运行.[10]在本工艺中，板材的辊弯成形与弯圆成形是连续进行的.由于目标零件的半径较大，以及高温合金钢优良的力学性能，板材弯圆成形中不会出现很大的弯曲变形量.[11] 2.3 有限元建模新型W型截面封严环的成形是复杂的、非线性大变形过程.板材选择高温合金GH4169.选择ABAQUS中的Explicit求解模块进行计算.对板材主要变形区域进行网格细化，通过有限元计算结果分析板材在成形过程的变形行为，探究其成形机理.2.3.1 高温合金钢力学性能及零件尺寸表1为GH4169材料性能参数.[12]目标零件及截面形状如图2所示，板材总长为176 mm，宽度为 16.6 mm，板材厚度 0.3 mm，板材厚度方向的变形对于分析板材整体的变形行为影响不大，所以板材选取壳单元建模.表1 GH4169的材料性能参数高温合金密度／（kg·m－3）弹性模量／MPa 泊松比屈服强度／MPa 抗拉强度／MPa GH4169 8 200 203 100 0.3 286.6 844.2 图2 封严环及其截面形状W型截面封严环成形的过程中，板材一共经历了15个成形道次，第一道次为熨平道次，第2～6道次成形带有翼缘的U型截面，第7～13的成形W型截面，在这个过程中先将其两侧翼缘成形，随后将缘折弯，成形最终目标形状，第14、15道次为弯圆道次.2.3.2 成形工艺三维建模将板材与轧辊在有限元软件ABAQUS中装配在一起.轧辊间距为20 mm，第14道次与第15道次轧辊间距为12 mm，成形过程中，上下轧辊自身旋转，依靠摩擦力带动板料向前运动，摩擦系数0.3，这种建模方式符合实际生产情况.[13]第1道次为过压状态，其轧辊间隙为0.29 mm，第2、3道次为无间隙状态，其间隙为0.3 mm，第4 道次至第13 道次其间隙为0.35 mm.[14]图3 为W型截面封严环辊弯-弯圆成形工艺的三维简化模型装配图.模型网格划分：根据冷弯成形技术手册并借助Autocad绘图软件设计W型封严环成形轧辊，导入到有限元仿真软件ABAQUS草图模块中.在部件模块中将草图导入，通过旋转体选项完成轧辊的建模.板料网格全部为四边形，网格单元类型为S4R.在整个成形过程中，板材的变形相对于中线完全对称，所以对板材划分1／2的网格.这种划分方式既不影响仿真结果精度，又大大节省了仿真计算时间.上下轧辊采用离散刚体处理，网格单元类型为R3D4部分圆弧较大区域，网格给予细化处理.[15]图4为网格划分示意图.图3 装配示意图4 网格示意图3 新工艺仿真结果分析3.1 弯圆工艺应力分析根据仿真结果，对 W型截面封严环辊弯-弯圆连续成形中弯圆成形部分进行应力分析.对弯圆折弯弯角处（B、C），边腿边（A）的应力值进行分析.提取3个节点A、B、C如图5所示.图5 节点示意提取A、B、C的3个方向的应力如图6～8所示，板料在成形过程中的变形非常复杂，其应力值变化较大，反向加载应力比较大.图6 A点成形应力图7 B点成形应力图8 C点成形应力3.2 应力应变场分析有限元模型计算完成后，得到了板料的应力应变云图.图9为等效应力云图，图10为等效塑性应变云图.通过观察两幅云图可以看到，板材的折弯区域等效塑性应变较大，出现了轻微的材料堆积现象，同时在折弯区域少量节点处出现应力集中现象，以上现象与轧辊与板料间隙有关.3.3 成形力分析图9 等效应力云图图10 等效塑性应变云图从W型截面封严环成形过程有限元模型的仿真计算结果中提取各个道次的轧辊成形力，由于第1道次为熨平道次，所以轧辊的成形力从第2道次开始提取，可以得出如下规律：第2道次和第3道次的轧辊成形力增加幅度不大，说明板料在该阶段变形程度不大，随着板料成形角度的增加，变形程度逐渐加剧，轧辊成形力逐渐增大；直到完成类似“U”形件时轧辊力开始下降，继续成形边腿成形时，轧辊成形力的变化趋势不大，进行完成“W”型截面成形时轧辊力迅速增大，达到轧辊成形力的最大值.3.4 封严环厚度减薄分析传统滚压式封严环生产工艺会导致封严环成品厚度减薄较为严重，影响产品使用.辊弯成形工艺中，板材主要发生横向弯曲，厚度方向变形较小，因此材料减薄情况较轻.在有限元仿真结果中选取26个节点作为典型截面，如图11所示.通过提取第一、第二主应变计算板材减薄率[16]，进而求得板材成形之后的厚度.将成形厚度与原始厚度进行对比，如图12，发现在辊弯成形中，由于材料不断进行横向弯曲，材料流动较为明显，在第12～14节点处材料厚度发生较明显改变.图11 节点示意图图12 板材厚度对比3.5 成形全过程分析根据以上应力应变云图以及板材厚度变化，在图12中选取厚度减薄较为明显的3个单元节点（其减薄率分别为 26.4% 、26.7% 、26.1% ），分析节点在完整的成形过程中应力、应变变化.根据仿真结果提取3个节点的全程应力应变数据，发现在成形过程中其最大应力分别为837.7 MPa、829.9 MPa、829.1 MPa，均未超过材料的抗拉强度，说明板材在成形过程中未出现断裂情况.提取3个节点的等效塑性应变数据，发现在成形过程中最大等效塑性应变分别为 0.7，0.67，0.58.通过观察动态云图发现，3个节点应力值达到最大时，其处于第6道次.在本工艺中，板材在完成前6道次的变形后，板材截面已经由“一”型变成了带有翼缘的“U”型，3个节点处于翼缘的过渡区域，板材在变形中纵向高度变化较大，导致材料流动现象明显.通过仿真结果探究板材的变形行为：在前6个道次中，板材发生变形的主要区域为“U”型截面底部板材以及翼缘过渡区域板材，这两区域的材料流动较为剧烈，具体表现为“U”型截面底部板材加厚，翼缘过渡区域板材减薄.第7～9道次中，板材变形区域为翼缘部分，板材变形均匀.第10～12道次中，板材主要变形区域为翼缘过渡区域，该区域板材将进行折弯，将板材截面成形为“W”型.直线型板材的成形完毕后，板材进入弯圆道次中完成最后的成形，在弯圆道次中，主要变形区域为“W”型截面3处折弯区域，由于这3处区域在前12道次中同样进行了较大程度的材料变形，所以这3处区域的板材的等效塑性应变最大（见图10）.通过对仿真结果的研究发现，虽然板材在完整的成形工艺过程中未发生断裂情况，但是在1～6道次中的“U”型截面底部板材以及翼缘过渡区域板材成形应力已经接近板料的抗拉极限，在将板材进行折弯时，翼缘部分受到轧辊的挤压也产生了较大的成形应力.总结这两处现象发现，在本工艺中，当板材在进行纵向落差较大的成形时，成形应力上升明显，接近材料的抗拉强度.为避免成形应力高于抗拉强度导致板材断裂，应增加相对应的成形道次，缓解由于板材纵向高度变化引起的成形应力的增加，使板材更加平稳地过渡到相邻道次，保证产品的质量.4 结语本文提出了一种新型W型截面封严环生产工艺，即辊弯-弯圆-焊接成型工艺.将新工艺与传统工艺对比后发现，本文所提出的新工艺是具有节能、高效、成本低等优点的金属成形工艺技术，有着不可忽视的发展潜力，为国内生产薄壁复杂截面密封环形件提供了新的思路.对新工艺的核心工艺——辊弯-弯圆连续成形进行了有限元模拟.通过对有限元仿真结果的分析可以验证新工艺的可行性，板材在整个成形过程中并未出现拉裂、破损等情况，证明了新工艺可以用于生产W型截面封严环.同时指出了新工艺的需要改进之处，并给出优化方案.有限元模型的仿真计算结果中，通过对 W型截面封严环辊弯-弯圆连续成形的等效应力云图、等效塑性应变云图、轧辊成形力的成形规律以及板材厚度变化等方面的研究，研究了板材的变形行为.在新工艺中，板材的变形较大的区域为“W”型截面折弯处，板材在辊弯成形工艺中纵向高度变化较大，成形应力明显上升，3处弯角处变形程度最大；板材在弯圆成形工艺中变形程度较为均匀，所以在完整的成形工艺中，“W”型截面折弯处变形最为剧烈.折弯处板材最大成形应力接近于板材的抗拉强度.为了避免出现材料拉裂、破损等情况，应相应地增加成形道次，以保证产品的质量.参考文献【相关文献】[1][7] 朱宇，万敏.航空发动机薄壁W形封严环动模外压成形 [J].航空学报，2015，36（7）：2457-2467[2][8] 陈希.航空发动机用金属封严环设计与性能分析研究[D].南昌航空大学，2014：1-9[3] 张若青，李凯，景作军.单轴变截面冷弯成型系统设计[J].机械设计与制造，2011（11）：44-46[4] 刘化民，赵振山.冷弯型钢在板材深加工中的应用[C].全国钢材深加工研讨会.2014：111-115[5] 林军.高效节能连续油管关键制造技术研究[D].济南：山东大学，2010：3-9[6] 刘冰，张若青.多通道信号采集与分析系统在冷弯机组中的应用[J].中国仪器仪表，2012（3）：43-46[9] 陈静.基于有限元分析的变高度定模动辊辊弯成形工艺研究[D].北京：北方工业大学，2016：15-17[10] 刘建伟，史建鹏，石朝亮.轻量化技术在汽车上的应用分析[J].汽车科技，2012（6）：10-14[11] 胡星星，裘乐淼，张树有，等.基于混合响应面法的滚压成型回弹角预测控制及应用[J].浙江大学学报，2013，47（11）：2010-2019[12] 郭凯云.高温合金复杂截面圆环多道次滚压不均匀变形行为研究[D].江西：南昌航空大学，2015：23[13] 刘江林，杨晓明，文建峰.有限元在冷弯型钢中的应用[J].精密成形工程，2011，3（2）：60-62[14] 付磊.用数值模拟的方法分析轧辊间距对冷弯成型的影响[J].四川理工学院学报，2011，24（2）：224-227[15] 陈兰，张新洲，孙宇，等.大型船用卷板机卷板成形过程的数值模拟[J].锻压技术，2011，36（5）：76-80[16] Wang Haibo，Yan 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封严涂层及其制备技术
封严涂层及其制备技术1、概念封严涂层是涂覆在飞机（航空）发动机气流通道的间隙部份的。
航空发动机在工作进程中，在离心力，气动力及热膨胀的一起作用下，转子与静子都会发生变形，致使转子与静子之间彼此摩擦造成机械损伤，在设计、制造和修理进程中，转子与静子之间在构造上必需保留适当的间隙；可是发动机工作状态下转子与静子的间隙却会致使发动机效率的降低，若是采取适当的方法有效的减小发动机转子和静子之间的径向间隙那么可大大提多发动机的靠得住性和效率。
资料说明典型的发动机高压涡轮叶片间隙假设平均减少0.245mm，涡轮效率可提高约1%；若是压气机间隙增加0.076mm，单位油耗率增加约1%。
图3-1展现了径向间隙对部件效率及其耗油率的阻碍，随着叶片和机匣之间间隙的增加，耗油率大幅增加。
另外压气机的运转间隙过大，会严峻阻碍发动机工作时的气动性，并可能引发喘振，致使发动机稳固性下降。
因此，为提多发动机的效率，降低油耗，改善发动机气动性能，应尽可能减小压气机叶尖与机匣之间的径向间隙。
图3-1 径向间隙对部件效率及耗油率的阻碍封严涂层是一种功能涂层，被普遍的运用于不同零部件之间，例如转子轴，鼓筒、轴承、转动叶片叶尖，压气机和涡轮等封严装置表面，以操纵间隙和减少泄漏，成为有效的封严技术之一。
封严涂层利用位置示用意如图3-2所示。
封严涂层应具有较好的表面质量、优良的热稳固性和较小的摩擦系数，而且与基体材料之间的界面结合性能要比较好。
研制封严涂层需要综合考虑涂层的各类性能，专门是涂层的磨损特性和耐冲击性能。
目前采纳的封严涂层要紧有以下几类: 有机涂层、热喷涂涂层，烧结金属粉末；耐温可1000℃的填充或不填充的薄壁蜂窝结构涂层；耐温可达1200℃的可控孔隙率陶瓷涂层。
封严涂层一般是成对显现的，即在压气机的静子部件的表面喷涂可磨耗的密封涂层，与叶片等动子尖端的硬质涂层形成一对可磨耗密封摩擦副。
依照用途，可将封严涂层分为两大类，即可磨耗封严涂层和耐磨封严涂层。
航空发动机典型静动密封关键技术及产业化
航空发动机典型静动密封关键技术及产业化一、引言航空发动机是飞机的“心脏”，发动机的性能直接关系到飞机的安全性、经济性和环保性。
发动机的密封技术是影响其性能的重要因素之一，特别是静动密封技术在发动机中起着至关重要的作用。
本文将从航空发动机典型静动密封关键技术及产业化这一主题出发，对发动机密封技术进行全面评估，探讨其深度和广度，以期更全面地理解这一重要的技术领域。
二、航空发动机静动密封技术的重要性静动密封技术是指在发动机内部隔离高压气体和低压气体，使其不相互混合，以及在发动机外部阻止润滑油和冷却剂外泄的技术。
在航空发动机中，由于工作环境的特殊性，静动密封技术的重要性愈发凸显。
密封不严会导致气体泄露，影响发动机的性能和效率；另密封不合格会导致润滑油和冷却剂外泄，对环境和安全构成威胁。
航空发动机静动密封技术的重要性不言而喻。
三、航空发动机静动密封关键技术1. 材料技术航空发动机内部和外部的密封件要求具有良好的耐高温、耐腐蚀、耐磨损等特性，因此材料技术是静动密封技术的关键之一。
高温合金、特种陶瓷、聚合物材料等在航空发动机密封件中的应用，将对密封技术起到积极推动作用。
2. 结构设计技术发动机内部的结构设计对于静动密封技术至关重要，合理的结构设计可以减少气体泄露的可能性，提高发动机的效率和性能。
在密封环、密封垫、密封腔等方面的结构设计技术将成为发展的重点。
3. 加工工艺技术精密的加工工艺是保证静动密封件性能的重要保障。
高精度的加工技术可以提高密封件的密封性能和寿命，减少气体泄露和润滑油外泄的可能性。
4. 润滑和冷却技术润滑和冷却技术对于静动密封技术同样至关重要。
密封件在长期高温高速运转下，容易出现磨损和老化，因此润滑和冷却技术的改进将极大地提高密封件的使用寿命。
四、航空发动机静动密封技术的产业化现状目前，航空发动机静动密封技术的产业化水平不断提高，国际航空发动机制造商在这一领域进行了大量的研发和应用。
我国航空发动机制造商也在积极跟进，加大对静动密封技术的研究和产业化推进力度。
航空发动机金属波纹封严环性能分析
航空发动机金属波纹封严环性能分析王云;徐江锋【摘要】为提高航空发动机用金属波纹封严环的密封性能，通过利用有限元方法对金属波纹封严环进行有限元分析，对不同断面形状的封严环轴向刚度变化、径向尺寸变化和应力分布情况进行了对比，得到了基于波节的金属波纹封严环外形尺寸的初步优化设计方案。
通过对金属波纹封严环应力的观察分析，结果表明：圆弧波节的应力分布比较均匀，合理优化圆弧波节的外形尺寸以减小径向变形和轴向刚度，可较大地提升金属波纹封严环的稳定性和使用寿命，对航空发动机金属波纹封严环的理论研究及优化设计与制造具有一定参考指导意义。
%The finite element analysis of corrugated metal sealing ring is taken to improve the sealability of corru- gated metal sealing ring, which is used in aviation engine. The variations of axial stiffness and radial size and the distribution of stress are compared, and then, a preliminary optimization design of the outline dimension of cor- rugated metal sealing ring, which based on its wave section, has been gotten. The observation and analysis of corrugated metal sealing stress show that stress distribution of circular arc wave section is rather uniform, and optimizing outline dimension of circular arc wave section and reducing the radial deformation and axial stiffness can improve the stability and service life of corrugated metal sealing ring. It isof reference and guidance signifi- cance for theory research and optimal design of corrugated metal sealing ring in aviation engine.【期刊名称】《航空工程进展》【年(卷),期】2012(003)003【总页数】4页(P379-382)【关键词】航空发动机;金属波纹封严环;有限元;优化设计【作者】王云;徐江锋【作者单位】南昌航空大学飞行器工程学院,南昌330063;南昌航空大学飞行器工程学院,南昌330063【正文语种】中文【中图分类】V2620 引言用金属波纹封严环取代非金属密封圈，能有效地解决高温腐蚀环境下的辅助密封问题。
航空发动机空气密封技术的研究与应用
航空发动机空气密封技术的研究与应用航空发动机在飞行中需要不断地吸取大量的空气以维持燃烧，同时也需要将排放的废气排至大气之中。
为了保证发动机的高效性和燃烧效率，航空工程师们不断地探索着新的方法，其中空气密封技术就是其中之一。
本文将重点探讨航空发动机空气密封技术的研究与应用。
一、空气密封技术的意义和作用航空发动机需要吸取大量的空气以维持燃烧，但也需要保证发动机内的空气流动畅通，这也就意味着，在发动机运转时，必须保证发动机内部和外部的密闭性，否则就会导致气流的泄漏，降低了发动机的效率和功率。
空气密封技术就是解决这个问题的方法。
简单来说，空气密封技术就是一种在发动机和外部环境之间创造一个密闭的接触面，能够减少气流泄漏，从而提高发动机的效率和功率。
二、空气密封技术的分类空气密封技术主要分为动密封和静密封两种类型。
动密封主要是通过发动机内部转轴上的旋转部件对气体进行密封，例如采用机械密封、弹簧密封等技术，在旋转部件转动的过程中，通过旋转部件与密封件或轴承之间的摩擦进行密封。
静密封则主要采用非旋转部件，通过气体静力和摩擦力来进行密封。
比如采用O型环、拟合密封等技术进行气密封，这些密封件主要采用高弹性材料制成，当气体进入密封件时，它们可以随着密封面改变而产生变形，从而形成密封。
三、航空发动机空气密封技术的发展航空发动机空气密封技术在过去几十年中已经不断地得到发展和应用。
早在20世纪50年代，人们就开始应用空气密封技术，当时主要采用的是静密封技术，其原理就是在发动机的外部和内部之间添加一层隔热材料，从而降低进入发动机的空气温度，从而提高燃烧效率。
随着科技和理论的发展，人们开始探索动密封技术的应用，并不断地进行改进和发展。
现在，航空工程师们可以采用一系列密封件来保证气密性，如机械密封、液体密封，甚至是精密空气流控制系统等。
四、空气密封技术的应用航空发动机空气密封技术的应用范围非常广泛，在大型民用飞机、军用飞机和民用运输机等各种航空器中，都需要应用到空气密封技术。
封严涂层的性能评价及研究进展
AERONAUTICAL SCIENCE & TECHNOLOGY17航空科学技术0 引 言随着航空技术的日益发展，对发动机效率的要求也逐渐提高，预计在2015~2020年将有可能研制出推重比为15~20的涡扇发动机。
作为发动机的重要技术之一，封严涂层可改善飞机燃气轮机中旋转与固定部件之间的密封性，显著提高发动机的性能。
研究发现，在比燃料消耗率下，叶片和密封面间的间隙降低，能导致推力改进2.5%[1]。
目前采用在涡轮机与压气机的机匣上制备封严涂层来封闭气体通道，减小间隙，提高热效率。
新一代航空发动机中，封严涂层的使用温度为300～1200℃，最高可达1350℃。
这对发动机关键零部件封严涂层的高温防护、封严、耐磨损等性能提出了新的要求。
1 封严涂层材料及研究进展1.1组成及制备技术封严涂层已经在航空领域得到广泛应用。
理想的封严涂层要求热稳定封严涂层的性能评价及研究进展导 读:封严涂层系统可以改善飞机燃气涡轮发动机中旋转部件和固定部件之间的密封性，已成为提高发动机工作效率，延长发动机服役寿命的主要方法之一。
本文阐述了目前封严涂层的应用及性能评价的研究进展，描述了未来封严涂层的发展趋势。
关键词：封严涂层；性能评价；研究进展Keywords ：seal coatings ；evaluation of property ；research progress赵丹1 赵忠兴2 杨景伟2 孙杰11沈阳理工大学环境与化工学院 2 沈阳黎明航空发动机（集团）有限责任公司Performance Evaluation and Research Progress of Seal Coatings性强、摩擦系数小、抗氧化性强，用于叶尖与机匣之间封严时，才能在保持最小间隙的同时有效阻止刮擦损伤，达到良好的封严效果。
封严涂层大多选用复合材料，主要成分是金属相、非金属相和孔隙。
其中金属相具有可喷涂性、结合强度、抗冲蚀性等性能，常用的有镍、钴、铜、铝等及其合金。
航空发动机的封存包装工艺.
5.封箱 封箱工序技术要求：
1)封箱前应检查发动机封存包装工作完成无误。
2)随机发送的发动机零件、备件、工具应分别进行干 燥空气封存包装，然后放在小包装箱中，箱中要放置目 录清单，箱盖要打好铅封。
3)随机技术文件应装入聚乙烯薄膜的包装袋内，然后 放入包装箱文件盒中。
3)进行包装前应将发动机可靠地固定在包装箱底座上：
4)工艺文件对包装材料用量、包装方式和固定方式给出 具体规定；
5)干燥剂或气相防锈纸在发动机上的放置要均匀分布， 并固定在发动机上，易锈蚀部位应增加放置数量。干燥剂 或气相防锈纸与发动机接触部位要衬垫石蜡纸，防止干燥 剂或气相防锈纸直接接触金属或油封油：
2.出厂状态准备（发动机外部油封前的准备工作）
1)检查发动机文件
检查试车记录单，确认发动机试车合格、并已进行了 内部油封。
确认发动机装配、试车过程中规定贯彻的更改已经执 行，并在装配卡片和试车记录单上做记录，以及装用的附 件、文件完整并符合发动机型号和更改标准，其物理特性 合格、文件齐全。
www.hzdiy www.sy /dx / http://sj .39.ne t/dx/150731/4667938.htm l http://sj .39.ne t/dx/150731/4667958.htm l http://sj .39.ne t/dx/150731/4667985.htm l http://sj .39.ne t/dx/150801/4668368.htm l http://sj .39.ne t/dx/150801/4668370.htm l http://sj .39.ne t/dx/150801/4668372.htm l http://sj .39.ne t/dx/150801/4668375.htm l http://sj .39.ne t/dx/150801/4668377.htm l http://sj .39.ne t/dx/150802/4668542.htm l http://sj .39.ne t/dx/150802/4668545.htm l http://sj .39.ne t/dx/150802/4668546.htm l http://sj .39.ne t/dx/150802/4668549.htm l http://sj .39.ne t/dx/150802/4668551.htm l http://sj .39.ne t/dx/150803/4668903.htm l http://sj .39.ne t/dx/150803/4668911.htm l http://sj .39.ne t/dx/150803/4668913.htm l http://sj .39.ne t/dx/150803/4668937.htm l http://sj .39.ne t/dx/150804/4670993.htm l http://sj .39.ne t/dx/150804/4671024.htm l http://sj .39.ne t/dx/150804/4671038.htm l
航空发动机技术的发展及未来发展趋势
航空发动机技术的发展及未来发展趋势航空发动机技术是现代民航业的核心技术之一。
它的发展轨迹，除了反映了人类探究科技前沿的勇气和智慧，更体现了机械工业产业竞争的残酷和对未来需求的洞见。
本文旨在探讨航空发动机技术的发展历程以及未来发展趋势。
一、航空发动机技术的发展历程航空发动机的历史源远流长。
从最早的蒸汽机、内燃机，到现代的高压涡扇发动机和无人机电动发动机，发动机的技术不断创新，不断演进。
20世纪初期，飞机还使用的是螺旋桨、活塞式发动机。
随着航空工业的发展，1930年代引入了涡轮增压技术。
20世纪40年代，轴流涡扇发动机被认为是航空发动机技术发展历程中的重要一步。
1960年代，喷气式发动机的涡喷发动机逐步取代了活塞式发动机的市场份额。
80年代，高涵道比涡扇发动机诞生，大幅提高了发动机的效率。
目前，随着无人机市场的不断扩大，电动发动机也成为了航空发动机技术发展的新宠。
它不仅能够为无人机提供实现自主起降、远程飞行、近地观测等多项功能，还对环保产生了重要影响。
二、未来发展趋势未来，航空发动机技术的发展将面临更广泛、更复杂、更高效的需求。
为了应对未来的发展趋势，航空发动机技术将呈现出以下几种方向的趋势：1. 电动化：未来的航空发动机技术将更加电动化。
随着电池技术的进步，电动发动机已经逐步取代传统内燃机发动机，这一趋势在未来会愈加明显。
未来的电动发动机将更加高效、轻便、紧凑，使航空器更加环保、更加安全，同时也将为航空业带来新的机遇。
2. 数据化：未来的航空发动机技术将更加关注数据化技术的应用。
航空器通过智能化技术获得的数据将为航空发动机技术的研究和开发提供更多更精确的数据支持。
通过数据分析，可以让航空业更好地预判飞行姿态，增强远程自主控制能力，提高航空器的安全性和效率。
3. 材料升级：未来的航空发动机技术将重点推进新材料的研发和应用。
这些材料包括高温合金、复合材料、纳米材料等。
新材料能够更加轻便、更加耐用、更加高效，因此将在未来的航空发动机技术中占据重要的位置。
发动机封严技术浅析
发动机封严技术浅析孙勇中国航空发动机集团有限公司，北京 100097摘要：高性能且可靠的封严技术一直是航空发动机研发的重点。
先进的封严技术可满足人们对发动机推力、油耗的不断追求。
通过采取先进的、适合使用环境的封严技术，可以大大降低发动机的内流系统的泄漏量，从而提高发动机的性能和效率。
本文针对航空发动机的几种典型封严技术，详细地介绍了在发动机中常用的石墨封严、篦齿封严、刷式封严等密封技术，对它们的特征和优缺点进行描述。
对目前广泛应用的刷式封严提出了改进意见。
关键词:航空发动机；燃气轮机；封严装置中图分类号：TK05 文献标识码：A经过几十年的迅速发展，航空发动机及在其基础上衍生的舰船用和地面用燃气轮机技术已经达到了较高的水平。
随着人们对军用航空发动机高推重比和民用发动机低耗油率的不断追求，发动机的压比和温度都不断升高，这对整机效率的要求越来越高。
材料和加工工艺与工业基础有很大关系，在目前的材料和加工工艺无法满足航空发动机的需求时，已经无法大幅度提高燃烧室出口温度这一影响功率的关键参数。
发动机自身的消耗越来越引起人们的关注，内部空气系统的消耗尤其重要。
经过多种型号数百台发动机的运行数据表明，仅仅把发动机内部关键部位的泄漏量减少一半，就可以使推力增大1～3％，耗油率降低3～5％。
因此各大航空发动机及改型燃气轮机厂商都在深入研究如何减少发动机内部空气系统的损失，以提高发动机性能。
对于军用发动机来说，可以有效提高推重比，提升3％的推重比对于军用发动机来说具有里程碑式的意义。
对于民用发动机来说可以较大幅度的提升效率，减少油耗，有效增加航程。
发动机的封严装置本身就会随着运行时数的增加而磨损，选择适当的封严结构同时可以增加发动机的寿命。
1 封严对发动机的影响封严技术是指对发动机中的转动部件和静子部件间的泄漏进行控制，并不是完全限制其流动。
广义的封严也包括对转子叶尖和机匣的间隙，即叶尖间隙控制，但这部分内容在发动机领域有单独的专业进行深入研究，在本文中不包含这部分内容。
【长知识】航空发动机封严技术的进展
【长知识】航空发动机封严技术的进展导读：封严技术一直是高性能航空发动机研发工作的重要组成部分，先进封严技术是满足发动机耗油率、推重比、污染物排放、耐久性及寿命期成本目标的关键技术。
通过减少发动机内部气流的泄漏量，可大大提高发动机的性能和效率。
本文针对航空发动机典型封严技术，详细介绍了石墨封严、篦齿封严、刷式封严的结构特点及其技术改进和发展趋势。
重点阐述了德国MTU公司开发的新型刷式封严技术，其独特的结构解决了刷式封严掉毛这一技术难题。
1 引言现代航空发动机技术已达到很高水平，要进一步提高叶轮机效率，很大程度上取决于叶轮机转子与机匣之间的封严效果。
因此，许多航空发动机研究计划把如何减少发动机内流损失、提高发动机性能作为重点研究内容之一。
随着军用发动机工作环境越来越苛刻及民用发动机用户对低能耗、低噪声和高效益等方面要求的不断提高，低泄漏封严技术将面临高温、高转速、高压差、高湿度、高摩擦、高频振动及破坏性化学反应等一系列挑战。
研发泄漏量更小、在恶劣环境中使用寿命更长的先进封严装置已成当务之急。
2 封严技术的应用及其影响封严是对转动部件和非转动部件间的泄漏进行控制。
航空发动机上使用封严的地方很多，如主流道密封、空气系统二次流密封、主轴承油腔密封、附件传动机匣中传动附件输出轴密封等(见图1)。
航空发动机密封装置的形式也多种多样，按工作性质可分为接触式和非接触式两种。
前者主要有皮碗、涨圈、浮动环、端面石墨、径向石墨和刷式密封等，后者主要有螺旋槽、篦齿、液力和气膜密封等。
航空发动机封严的密封特性对发动机性能具有极为重要的影响，尤其是气路密封，将直接影响发动机增压比和涡轮效率的提高。
研究表明，封严泄漏量减少1%，可使发动机推力增加1%，耗油率降低0.1%；对于先进战斗机发动机，在发动机转速和涡轮转子进口温度保持不变的情况下，高压涡轮封严泄漏量减少1%，则推力增加0.8%，耗油率降低0.5%。
因此，美国IHPTET计划第二、第三阶段二次流路系统设定的目标分别是密封泄漏量减少50%和60%。
最新航空发动机的封存和运输
1.箱体形式 运输包装箱应整体性良好，结构轻巧，一般为规则的 硬质直立方体。
2.箱体重心
箱体重心一般在箱体中下方
3.箱体外表 外表应平整
4.观察窗与文件盒
观察窗用于观察发动机封存包装中的湿度指 示剂在封装期内的变化情况，同时可以取出技术文 件。技术盒位于观察窗口内下方。
5.装箱单盒 固定在箱体写有发动机型号的一端的右上角，固定 良好并方便拆取。
②副唛头
组成：由合同编号、附件号组成。亦可用贸易对象、货物 代号编拟
合同编号、附件号依次排列在目的地标志下部。附件号前 加注“ANNEXE No．”，无附件号不标注。
③件号标志
按贸易合同规定的编制方法，在指定位置标注。件号标志应 能表达同批发货的数量、成套性。标注在重量标志平行位置的 左侧。
件号标志编制方法：
运输标志简易易认，便于识别。贸易标志按合同填写， 作业指导标志按实际需要确定，与运输内容无关的不得填 写在运输包转表面。（如广告、图案等）
2）标志文字 特点：应清晰，美观、无差错。语种按贸易合同规定。 颜色应鲜明，与包装箱颜色结合力好并显著。
3）标志位置：
选择在包装箱醒目的位置，相同的内容、相同的方式标记 在运输包装箱相互对称的位置上，不能写在包装箱顶部。
6.运输附件
①运输包装箱应有起吊装置(如吊环)，适于吊具吊装和钢丝 绳吊装。
②包装箱盖应设置提手。提手对数一般为2对。
③箱底设置滑木结构以适应吊装、叉运、拖运及用滚杠作业。 滑木应固定可靠。
④箱的角、棱或起吊、叉处设置包铁、包角或起运护板，钢 板用材厚在0.5～0.8毫米以下。
7.防潮保护
在箱上设置带有防虫网，防雨(尘)罩的通风孔。通风孔 一般设置在箱端板上。
航空先进制造技术的发展趋势
航空先进制造技术的发展趋势为了适应国防建设和国民经济发展的需要，航空科技工业的主要产品-现代飞机和发动机正朝着高性能、高减重、长寿命、高可靠、舒适性以及降低制造成本的方向不断发展更新。
因此，要求飞机和发动机结构进一步整体化、零件大型化，以达到大幅度减少零件数量，从而减少零件之间连接所增加的重量的目的，避免由于连接带来的应力集中，提高结构寿命和结构可靠性；通过减少零件数量，还可以大量减少工装的数量和加工工装的工时，从而大幅度降低制造成本。
近十几年来，新一代飞行器的不断问世推动了各国航空制造技术的长足进步。
从总体上看，世界航空制造技术的发展趋势可以归纳为以下几个方面。
1、数字化制造技术成为提升航空科技工业的重大关键制造技术与传统研制技术体系相比，数字化设计/制造/管理体系的内涵发生了根本性的变化。
数字化制造技术的内涵特征包括：产品数字化：产品数字建模和预装配以及并行产品定义；设计数字化：飞机构型定义和控制，多变共用模块设计，采用整体件，减少分立零件；试验数字化：设计功能样机和性能样机，减少或简化实物试验；制造数字化：采用数字化生产线，大幅度减少工装模具，全面推行数字化制造方式；飞行数字化：构建虚拟飞行环境；管理数字化：以项目为龙头建立全球虚拟企业。
数字化制造技术的内容包括：定义数字化生产线和数字化车间；扩大数控机加范围，增加大件、高效数控加工；对钣金件、复合材料构件、焊接、检测等采用数字化技术手段和工艺；减少零部件工装，发展柔性工装和数字化装配定位技术，取消原用装配精加工台。
要求制造时间缩短66%，工装减少90%，制造成本降低50%。
1.1 国际现状波音777 - 全球第一个全机数字样机，是实现数字化制造的里程碑；JSF联合攻击战斗机-第一个基于全球虚拟企业制造的飞机项目，开创了数字化生产方式，代表了数字化制造的最高水平。
1.2 国内现状通过数字化技术的预研、产品型号研制和民机转包生产的应用，数字化制造技术有了较大发展，已全面开展三维数字化设计和虚拟装配，形成了全机级和部件级的数字样机，产品数据管理、工艺设计和工装设计制造基本上都采用了数字化技术，已开始研究数字化装配技术，为数字化制造奠定了基础。
高温可磨耗封严涂层研究进展
高温可磨耗封严涂层研究进展摘要在飞机发动机中采用气路封严技术可以有效的降低油耗，延长使用寿命，提高发动机效率。
本文介绍了高温可磨耗封严涂层的研究进展，以及以多孔陶瓷陶瓷为基体的新型高温可磨耗封严涂层。
关键词高温；可磨耗封严；多孔陶瓷目前国内外都在从发动机的结构设计上考虑降低油耗，实践证明，封严涂层是一种较理想的解决办法，即把涂层涂覆在转子件和静子件上，当发动机工作时，动、静件之间产生干涉、磨擦、磨损一部分涂层，从而得到了发动机工作状态下的最小间隙。
这样可提高发动机的工作效率，改善性能，节约能源，降低油耗，并使发动机的使用寿命提高。
以航空发动机主流道中叶尖间隙的密封为例，国内外借助数值计算和实验研究分析的手段，分析了叶尖间隙对航空发动机的影响。
漆文凯等人的研究指出[1]，叶尖间隙与叶高之比每增加0.01，会引起压气机或涡轮效率降低约0.8%～1.2%；会使双转子涡轮风扇发动机的耗油率增加约2%。
张晓波等人分析认为[2]，在寿命周期费用（LCC）方面，减小高压涡轮叶尖间隙所得到的效益是低压涡轮的4倍，是高压压气机的2倍。
Scott ttime等人分析认为[3]，高压涡轮叶尖间隙每减少0.254mm，消耗率约降低1%，排气温度约减少10℃。
1 高温封严涂层材料种类可磨耗封严涂层材料常见的种类非常多，其主要有金属材料和非金属材料复合组合在一块。
其成分是大多数是粉体材料为主的产品，有少量的品种一部分是棒材。
金属材料具有结构强度比较强、冲蚀性比较强，具有很好的可喷涂性性能。
常见的有：镍、铜、铬、铝等及其合金。
非金属材料的可磨耗性能比较强，有很好的自润滑性能，常见的有：聚苯酯、石墨、硅藻土、膨润土、六方氮化硼等。
高温封严涂层材料主要有两种，一种是是以Ni基材料为骨架相制备的粉体材料，另一种是以氧化锆等陶瓷基材料为骨架相的粉体材料，用其制备的可控制孔隙率的陶瓷基涂层，耐温可达。
2 高温封严涂层的研究与发展国外封严涂层研究起步于上世纪五十年代，国内对高温封严涂层的研究开始于上世纪70年代，到目前也取得了一些进展。
航空发动机W型金属封严环滚压成形工艺研究
21
科技创新导报 2019 NO.11 Science and Technology Innovation Herald
航空航天科学技术
效率。
4 结语 本 文以W型 金 属封严 环为研 究 对 象，建 立了封严 环 滚
压 成 形 有限 元 模 型，分析了工件 在 滚 压 成 形后的变 形规 律，结 论如下：(1)W型 封严 环 滚 压 成 形后主 要 变 形区域 为 波峰、波谷 位 置，减薄量接近 0 . 0 2 m m，其余 部 位减薄多在 0.01mm以内。(2)滚轮直径为工件直径1/3时，滚压加工精度 最高；随 着 进 给 速 度的增 加，加工 精度 逐 渐 降 低；转 速 对 加工精度的影响较小。
图8 进给速度 H为4.6，环截面宽度h为3.7，波谷半径R1为0.7，波峰半径 R2为0.7，接触点半径R为1.6，波高h1为1.2，壁厚T为0.2。
滚压工艺参数为：主动轮直径40mm、转速1.2rad/s，从 动轮直径40mm，进给速度0.25mm/s。
2 封严环滚压成形结果分析 2.1 应力分布规律
本文以某型面w型金属封严环为研究对象建立了封严环滚压成形有限元模型分析了坯料在滚压成形后的塑性流动情况研究了工艺参数对成形精度的影响为金属封严环滚压加工提供理论指导
航空发动机密封技术应用研究
航空发动机密封技术应用研究胡广阳【摘要】介绍了石墨圆周密封、刷式密封、指状密封、气膜密封和其他几种新型密封技术研究的新进展和在航空发动机上的应用，对密封技术的机理、特点和在研究中遇到的问题进行了分析和讨论。
阐明了为适应航空发动机的发展要求，密封技术应进行材料、工艺、结构、机理等多方面的开创性设计，并提出在密封技术设计中应引入控制概念的观点。
%The development and application of aeroengine seal technology were introduced, which include high misalignment carbon seals, brush seal, finger seal, film sealand other new kinds of seal technology. The principles, characteristics, problems were analyzed and discussed. The innovative design on materials, process, structures and principles of seal technology should be conducted to meet aeroengine development requirements and the views of control concept were introduced in seal technology design.【期刊名称】《航空发动机》【年(卷),期】2012(038)003【总页数】4页(P1-4)【关键词】密封技术;航空发动机;材料;工艺【作者】胡广阳【作者单位】中航工业沈阳发动机设计研究所,沈阳110015【正文语种】中文【中图分类】V230 引言随着航空发动机技术的发展，密封技术已成为影响发动机性能和寿命的重要因素。
“小细节决定大成败”，发动机封严技术不容小觑！
“小细节决定大成败”，发动机封严技术不容小觑！现代航空发动机技术已达到很高水平，但是由于用户对低能耗、低噪声和高效益等方面的要求不断提高，各项技术都在不断突破创新，尤其是封严技术。
今天小编将为大家详细介绍这一在航空发动机领域至关重要的技术。
封严技术对发动机性能的影响封严是指对转动部件和非转动部件间的泄露进行控制。
研究表明，封严泄露量减少1%，可使发动机推力增加1%，耗油率降低0.1%；对于先进战斗机发动机，在发动机转速和涡轮转子进口温度保持不变的情况下，高压涡轮封严泄露量减少1%，则推力增加8%，耗油率降低0.5%。
另外，发动机涡轮的径向间隙每增大0.13毫米，发动机单位耗油量约增加0.5%；反之，减少0.25毫米，涡轮效率提高1%。
由此可见，无论对于军用航空发动机还是民用航空发动机，密封技术直接影响发动机的性能。
通过采用新型封严技术来减少发动机漏气损失、增大发动机推力、减少发动机耗油率、提高发动机效率是十分必要的。
航空发动机上使用封严的地方很多，例如主流道密封、空气系统二次流密封、主轴承油腔密封、附件传动机匣中传动附件输出轴密封等（如图1所示）。
图1 密封装置在航空发动机上的应用常见的封严技术01.迷宫式密封（即篦齿封严）技术迷宫式密封也就是所谓的篦齿密封，主要用于内流道密封和空气系统二次流密封。
篦齿封严技术广泛用于各种蒸汽机、燃气轮机的封严装置中。
该装置主要由轮盘、鼓、轴、叶冠等转动机件上的周向篦齿及静子部件上的环形圆柱面组成, 通过减小压力差来减少漏气损失，封严的效率取决于转子部件和静子部件之间的径向间隙和篦齿数目。
图2 篦齿封严结构篦齿封严装置的优点是：结构简单，使用性较好；篦齿封严装置的缺点是：由于其属于非接触式密封装置，泄漏量比接触式的大，工作中磨损会导致泄漏量加大，磨粒会打坏涡轮叶片；若封严环压差稍大时，气流逸漏过程中易激发封严环振动。
篦齿封严装置改进方式：（1）涂覆可磨耗封严涂层。
航空发动机密封技术的研究
航空发动机密封技术的研究（作者单位：哈尔滨飞机工业集团有限责任公司）◎王琦航空发电机在安装时会应用多种技术来保证按发动机的运行质量，密封结构在航空发动机中起到了重要作用，而密封技术的科学应用能够在一定程度上提高航空发动机的使用寿命和应用性能，对航空发动机的进一步发展有着重要意义。
因而，加强对航空发动机密封技术的研究具有一定的必要性。
一、石墨圆周密封技术该技术经过长期的研究与发展之后在目前航空发动机密封中得到了广泛应用，航空发动机结构和类型在不断更新的过程中，对这项技术的密封水平也有了更加严格的要求。
一方面其抗氧化温度和高摩擦线速度要更高，另一方面还要具备更强大的大径向跳动和一定角向偏差能力。
但就当前现有的石墨圆周密封结构而言，尚不能满足这一高要求，其径向跳动的最大承受能力只能达1mm。
为了改善以上问题，工作人员在应用这项技术时要进行进一步的优化与完善，在选择材料时考虑其强度与弹性，确保其各项性能能够满足石墨圆周装置的密封要求，可以使用低合金钢来建设跑道，这种材料的散热效果比较好而且还可以提高整体装置的适应能力使这项密封技术能在高温环境下作业。
另外，还需要对应用的石墨抗氧化处理工艺进行更新，将新型处理技术应用到这一环节，以此提高整体的处理效果。
通过相关试验可以了解到，通过对石墨圆周装置中应用材料的更新与优化能够有效延长密封结构的使用寿命，而且可以应用于不同环境的航空发动机密封工作中。
二、刷式密封技术这项密封技术在应用时能够取得良好的应用效果，但是对于密封性和抗泄露性能要求比较高的先进发动机密封工作，仍需对技术进行进一步完善才能满足相关要求。
主要导致这种问题的原因为该技术在应用时存在一定的滞后性，而刷丝的“刚化效应”和“压力闭合效应导致转子系统运行时的泄露问题较为严重，而且还会发生而较大程度的磨损、耗能较高。
所以加强对刷式密封技术的深入研究非常重要。
“压力闭合”也称为“吹伏”，是气流流过刷丝时的现象。
航空发动机技术的发展及未来趋势
航空发动机技术的发展及未来趋势随着技术的不断发展，航空发动机也逐渐成为了航空工业的核心。
航空发动机的发展几乎决定了现代民航的航行能力和安全水平。
从早期的活塞式发动机，到现代的涡轮喷气发动机，航空发动机经历了漫长的探索和飞跃的进步，成为了航空工业中最为重要的组成部分。
一、航空发动机技术的发展早期的飞机采用的是活塞式发动机，也叫往复式发动机。
火花塞在燃油喷入燃烧室后引燃气体，产生高温高压的气体从喷气口喷出，带动涡轮的旋转。
这种发动机具有结构简单、可靠性高等优点，但是机身较大，重量较重，燃油消耗量大，功率有限等不足。
20世纪40年代末到50年代初，随着发动机科技的进步和涡轮技术的创新，涡轮喷气发动机逐渐取代了往复式发动机。
涡轮喷气发动机采用的是压气机将进气压缩，将压缩后的气体引入燃烧室，燃油与空气混合后点燃，放出高温高压气体推动发动机输出动力。
这种发动机效率高、噪音低、耗油量小、功率大、速度快等特点，成为了现代民航飞机上的主力动力系统。
二、航空发动机技术的未来趋势在涡轮喷气发动机的基础上，航空发动机技术正在不断地向更加高效、更加节能、更加环保的方向发展。
1.提高发动机效率目前，航空发动机的效率已经很高，但是在实际应用中，还存在着折减和浪费的问题。
未来，航空发动机技术发展的关键就是提高其效率，将燃料的能量转化为动力的能量，并尽可能的减少能量损失。
其中，提高涡轮的热效率和压缩比，采用最新的材料技术，减小机身重量，都是提高效率的有效途径。
2.研发更加环保的发动机航空运输业对环保的要求越来越高，发动机燃烧产生的废气排放也成为了环境污染的一个关键因素。
未来，发动机技术将朝着更加环保的方向发展，例如使用生物燃料、燃氢技术、降低排放等。
3.数字化技术的应用数字化技术在航空工业中的应用越来越广泛，未来，数字化技术也将成为航空发动机的一大趋势。
数字化技术可以实现对发动机的监测、分析和预测，通过数据的分析和模拟，在发动机研发和运行维护中形成闭环式的监测和反馈，以优化发动机的研发和维护，提高效率和性能。
关于航空发动机密封技术的应用研究
关于航空发动机密封技术的应用研究摘要：本文通过详细介绍了刷式、指状密封技术、石墨密封技术以及气膜密封技术等三个方面应用技术的特点、优势以及应用策略，进一步针对现代化航空发动机密封技术开展全面探索和研究。
关键词：航空发动机密封技术；泄露问题；使用性能；石墨密封技术我国航空发动机生产技术不断发展和进步，其密封技术已经成为影响发动机使用寿命和应用功能的重要因素之一，所以从改革开放以来，我国始终励志于航空发动技术研究与优化，并且投人大量的人力、物力，进行了深入研究，相继开发了刷式密封、指状密封、气膜密封等多种不同结构的新型密封技术。
一、刷式、指状密封技术现阶段，航空发动机密封技术应用过程中，密封生产技术在发动机内部结构中产生了十分广泛的应用，所以针对现阶段航空发动机所产生的问题和性能不足，需要引进全新的密封技术。
其中刷式密封以及指状密封技术具有多个方面的技术优势，但是该技术在实际使用过程中同样存在着相似问题和不足。
近几年，我国航空发动机密封技术研究过程中需要集中解决密封滞后效应，但是在发动机设备长期运转环节上，其零部件基础密封支护则会导致系统转子不断产生摆动，进而造成其泄露问题不断严峻，加上刷式密封技术在使用之后，其结构钢化与压力闭合造成了设备磨损程度不断提高，最终产生了系统泄露问题，进一步产生了更多的系统功率损耗[1]。
航空发动机所产生的吹伏模式主要指的是气流经过刷丝时所产生的一种运行现状，并且致使气流物质顺着刷丝不断流动最终想一个方向产生应力，所以此种模式进一步增加了刷丝向密封性发展趋势发展和进步。
而此种技术模式能够进一步降低刷丝一端尾部与密封性跑道之间的密封程度，最终有效降低和减少能源之间的泄露。
同时在此种密封技术不断应用过程中，如果基础密封作用压力差距不断增加内部环境下，此种发展和技术模式同样会造成刷丝与密封作用压力差不断下降，适用此种技术同样会造成刷丝与设备之间的基础接触面积和范围不断增加，最终造成设备高度磨损，最终导致物质泄漏不断增加。
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【长知识】航空发动机封严技术的进展导读：封严技术一直是高性能航空发动机研发工作的重要组成部分，先进封严技术是满足发动机耗油率、推重比、污染物排放、耐久性及寿命期成本目标的关键技术。
通过减少发动机内部气流的泄漏量，可大大提高发动机的性能和效率。
本文针对航空发动机典型封严技术，详细介绍了石墨封严、篦齿封严、刷式封严的结构特点及其技术改进和发展趋势。
重点阐述了德国MTU公司开发的新型刷式封严技术，其独特的结构解决了刷式封严掉毛这一技术难题。
1引言现代航空发动机技术已达到很高水平，要进一步提高叶轮机效率，很大程度上取决于叶轮机转子与机匣之间的封严效果。
因此，许多航空发动机研究计划把如何减少发动机内流损失、提高发动机性能作为重点研究内容之一。
随着军用发动机工作环境越来越苛刻及民用发动机用户对低能耗、低噪声和高效益等方面要求的不断提高，低泄漏封严技术将面临高温、高转速、高压差、高湿度、高摩擦、高频振动及破坏性化学反应等一系列挑战。
研发泄漏量更小、在恶劣环境中使用寿命更长的先进封严装置已成当务之急。
2封严技术的应用及其影响封严是对转动部件和非转动部件间的泄漏进行控制。
航空发动机上使用封严的地方很多，如主流道密封、空气系统二次流密封、主轴承油腔密封、附件传动机匣中传动附件输出轴密封等（见图1）。
航空发动机密封装置的形式也多种多样，按工作性质可分为接触式和非接触式两种。
前者主要有皮碗、涨圈、浮动环、端面石墨、径向石墨和刷式密封等，后者主要有螺旋槽、篦齿、液力和气膜密封等。
航空发动机封严的密封特性对发动机性能具有极为重要的影响，尤其是气路密封，将直接影响发动机增压比和涡轮效率的提高。
研究表明，封严泄漏量减少1%，可使发动机推力增加1%，耗油率降低0.1%；对于先进战斗机发动机，在发动机转速和涡轮转子进口温度保持不变的情况下，高压涡轮封严泄漏量减少1%，则推力增加0.8%，耗油率降低0.5%。
因此，美国IHPTET 计划第二、第三阶段二次流路系统设定的目标分别是密封泄漏量减少50%和60%。
由此带来的发动机性能改善为：高压压气机效率提高4.4%，相当于涡轮进口温度降低47C或发动机推力提高7.6% ;高压涡轮效率提高4.2%，相当于涡轮进口温度降低52C或发动机推力提高9.7%。
此外，现代航空发动机研制技术已达到很高水平，与通过改进压气机和涡轮结构设计来提高发动机性能的途径相比，在效果相近的条件下，采用先进密封技术所需费用要低得多。
因此先进密封技术还是一种低投入、高回报的技术。
NASA先进亚声速技术计划研究表明，提高封严装置性能、减少泄漏量、确保在更恶劣的工作环境中延长寿命，对降低发动机耗油率进而直接减少使用成本起到了非常重要的作用。
封严技术改进带来的具体效益为：(1) 使大发动机的直接使用费用减少3%，支线发动机的直接使用费用减少5%；(2) 使发动机耗油量降低10浓上；(3)使发动机NOx的排放量减少50% 以上；(4) 使机场噪声降低7dB。
由此可以看出，先进封严技术在满足发动机诸多性能，如耗油率、飞行成本、推重比、发动机及其部件寿命以及降噪等方面，都起到了关键作用。
3封严技术的特点及进展3.1 石墨封严石墨封严是利用石墨环与转子相接触来达到封严的目的，它是现代航空发动机较为理想的密封装置。
石墨封严主要用在涡轮发动机轴承位置和辅助装置处。
总的来看，石墨封严的密封效果好，寿命长，泄漏量小，甚至完全不泄漏，尤其是在高温、高压、高转速条件下仍能保证可靠的密封性能，这是其它类型密封装置所不具备的。
在航空发动机中，石墨封严的石墨环与轴和叶片本身无直接相对摩擦，石墨有自我润滑作用，在润滑条件不良的情况下仍能可靠工作，加之石墨摩擦系数小，因此当石墨环磨损时，与之相配合的轴和叶片能完整无损。
目前，国外石墨封严的改进主要是针对密封面焦化和起泡问题。
联信公司已用陶瓷环密封替代石墨环密封，成功克服了焦化问题，同时还大大延长了封严装置寿命。
GE公司研发了一种可用于高压差端面的石墨封严，它利用流体动力来减少高压差处石墨的磨损，确保端面石墨封严能在压差为10A10Pa、温度达510C、摩擦速度为134m/s的环境下正常工作，且整个寿命期内泄漏量基本不变，寿命比现有的端面石墨封严提高了一倍。
CF6-80C2 发动机4、5 号轴承腔改用这种装置后，不仅泄漏量有所减少，效率更高，而且整个发动机质量还减轻了45kg。
3.2篦齿封严篦齿封严又称为迷宫式封严，是一种非接触式封严结构，主要由轮盘、鼓、轴、叶冠等转动部件上的周向篦齿及静子部件上的环形圆柱面组成，封严效率取决于转子部件与静子部件之间的径向间隙和篦齿数目。
篦齿封严结构简单，封气效果差，泄漏量比接触式的大。
发动机在工作中产生的摩擦会导致密封齿永久性变形，使泄漏量进一步增加，进而加快发动机性能衰减；篦齿在工作中会磨损，磨粒会打坏涡轮叶片；压差稍大时，常用的篦齿封严环在气流逸漏过程中易发生振动。
这主要是因为在设计发动机转子和静子之间的间隙值时，必须考虑长期工作时轮盘与叶片的蠕变伸长、机匣的收缩变形、转子的振动和偏摆等因素，使得间隙设计值偏大。
为了减小发动机漏气损失，提高篦齿封气效果，又不使转子和静子相碰，可采取以下措施：(1)涂覆可磨耗封严涂层。
在与篦齿对应的外环表面覆盖一层质地较软的氧化物涂层或镀层，一方面可起到保护作用，承受篦齿与外环的少许接触；另一方面可自然形成最小间隙，达到最好密封性能。
(2)改进气流通道结构，提高封气效果。
目前国外的研究表明，与基准结构相比(图2(a)) ，采用斜齿和高阶梯相结合的方式(图2(b))可使泄漏量减少17%这是因为：①刀形篦齿倾斜度的增加使得封严腔环流量增加，进而造成刀形齿处气流的停滞面积增大，齿尖周围流线的弯曲度加大；②高阶梯截面形成的气流通道更为曲折，流量也随之增加，使得紊流粘滞损失增加；③倾斜篦齿造成了一节流过程，气流流经边缘更为锋利的篦齿，减小了有效面积和单个篦齿的流量系数。
(3)采用蜂窝密封装置。
蜂窝密封装置是在机匣封严环表面钎焊蜂窝封严环，与转子或叶冠上的篦齿构成封严结构，控制盘间腔空气泄漏。
1994 年，F-16 战斗机在 2 个月内损失了4 架，其原因是发动机高压涡轮轴的封严篦齿环断裂。
随后的成功解决方法是，将与篦齿对应的外环表面设计成蜂窝结构，以承受篦齿与外环的少许接触。
这种设计既可尽量减少封严篦齿齿顶与外环间的间隙，有效降低泄漏量，又能保证发动机的可靠性和安全性。
在压气机和涡轮部分采用蜂窝密封装置，能极大地提高发动机效率，且蜂窝结构的厚度可灵活掌握，可很好地改善转子叶尖的周向漏气性能，从而提高发动机的效率和推力。
3.3刷式封严3.3.1 刷式封严的结构特点刷式封严是一种接触式密封装置，主要由刷丝、前板、背板和跑道组成（见图3）。
刷丝夹在前板和背板之间，采用焊接工艺将三者焊接成一体。
前板处于气流的高压侧（上游），作用是夹持刷丝；背板处于气流的低压侧（下游），起支承刷丝、承受压差的作用。
背板间隙应控制在任何工作条件或在一系列径向偏差下，背板都不会与转子表面接触。
单级刷式封严的工作压力一般低于0.5MPa,但多个单级刷式封严串联起来形成多级刷式封严，可提高其整体耐压能力。
为方便刷式封严在航空发动机上的装配，可采用将刷式封严沿周向分为两个半环或几个扇形段的设计方式。
跑道是与刷丝相接触的表面，基体材料一般选用高强度、耐热、导热性好的结构钢或高温合金；跑道涂层则选用氧化铝、碳化铬和碳化钨，采用等离子或爆炸喷涂的方式将涂层材料牢固地附着在机体上。
3.3.2 刷式封严与篦齿封严的性能比较与传统的篦齿封严相比，刷式封严除质量轻、易于更换外，最突出的优势是能明显改善发动机性能。
GE公司的试验表明，刷式封严泄漏量只有篦齿封严的5%- 10%德国MTU公司研究也发现，用刷式封严代替压气机和涡轮处的篦齿封严，发动机的泄漏量可减少80%（见图4）。
若在高压压气机出口处采用刷式封严，可使发动机耗油率降低1%，即一架中等航程的双发飞机，每年可节省200t 燃油。
刷式封严密封性能优良的主要原因在于它是一种接触式密封。
发动机的静子和转子之间存在安装偏差，在工作过程中，由于离心力或热作用，转轴将移向静止部件，刷式封严的刷丝可以弯曲，因此能适应发动机转子瞬时或持久径向移动，而不会造成泄漏区域发生永久性增大。
即使轴瞬时出现很大的偏移，刷式密封也能起到良好的密封效果。
而篦齿封严是一种非接触式密封，封严效果主要取决于转子和静子间的径向间隙和篦齿数目，本身固有的间隙就存在着寄生泄漏，此外发动机工作中会造成篦齿变形和磨损，使间隙不断增大，密封性能进一步下降，且这种趋势不可逆转。
3.3.3刷式封严技术的发展国外经过多年的研发，已较全面地了解了刷式封严的密封机理、结构尺寸和密封性能，并在应用方面取得了显著进展，积累了丰富的工程应用经验。
此外，刷式封严的理论模型也有了很大的发展，一些与实际情况较为接近的刷式封严模型正得到应用和验证。
其主要改进是进一步优化密封结构；开发适应高密封压力、高环境温度和高表面速度的刷丝新材料，消除刷丝掉毛现象；降低刷式密封的滞后效应，减少泄漏量。
为此，采取以下措施改进刷式封严的结构：(1)解决刷式封严掉毛的问题2002年2月MTU公司成立了一个商用中心刷式封严组，专门负责刷式封严技术的研发和市场推广。
他们研制的一种新型刷式封严结构(见图5) 主要包括核心元件、支撑板和盖板三部分，工作环境为压力1207 kPa、温度732 C、表面滑动速度396 m/s。
核心元件又由核心金属线、刷丝和夹管组成，刷丝通过夹管被牢固在核心金属线上，替代了传统的焊接方式，解决了掉毛的难题。
支撑板和盖板分别起保护、支撑刷丝的作用。
此外，其紧凑的结构尺寸可使转子和机匣设计得到优化。
(2) 高压刷式封严单级标准刷式封严只能在压差低于0.5MPa的环境中正常工作，虽然多级刷式封严能在高压差下工作，但使用经验表明，这种结构的下游密封级由于经历了高速撞击及隧道效应导致刷丝磨损，使压差的绝大部分转移到上一级密封，最终造成密封性能恶化，泄漏量增大。
为此美国EG&G公司对单级刷式密封进行了改进，适应1MPa及以上的高压差工作环境，其结构见图6。
高压刷式封严的一个突出特点就是采用了更粗的刷丝(刷丝直径0.15 mm丝束宽度0.76 mm，以增大丝束的轴向刚性；第二个特点是在背板和丝束之间有一间隙，以减小压差对丝束刚性的增强作用；第三个特点是在丝束的高压侧加一遮流器，以减小丝束的隧道效应并减轻丝束在高速撞击下的过度磨损。
(3) 刷式密封的其它改进当前后压差超过一定值时，刷丝受压差影响而变形，从而导致密封性能明显恶化。
为克服这一难题，国外有研究者提出了用多个沿周向压紧在一起的薄金属片来代替刷丝。