進氣畸變對航空壓氣機葉片沖蝕損傷的影響獲揭示

　　記者10月25日從湖南科技大學獲悉，該校機械設備健康維護湖南省重點實驗室博士生李超在航空發動機沖蝕損傷方向取得新進展。相關研究論文近期發表于《國際機械科學學報》（International Journal of Mechanical Sciences）上，李超是第一作者，該研究得到了前述實驗室主任賓光富教授的指導。

　　直升機是高原、沙漠和沿海等地區執行災后救援、物資運輸、作戰護航等緊急任務時的重要平臺，渦軸發動機是其核心動力裝置。受進氣道與空氣來流方向不一致、螺旋槳、短艙干擾和地面效應引發的環境紊流等因素的影響，發動機壓氣機在機載條件下不可避免的存在進氣畸變。

　　同時，外部環境中的砂粒因發動機產生的強大吸力并伴隨進氣畸變反復沖擊壓氣機葉片造成沖蝕磨損，會破壞葉片結構完整性，誘發壓氣機旋轉失速、喘振和發動機性能衰減、壽命下降等問題，嚴重影響直升機作戰性能和飛行安全。

　　目前對于軸流壓氣機沖蝕磨損的研究中，均認為壓氣機入口氣壓為穩定值。事實上，進氣畸變時壓氣機內部流場的流動狀態會產生明顯變化，這將進一步導致壓氣機葉片沖蝕磨損分布特征和磨損程度與理想情況下的預測值存在偏差，從而影響壓氣機葉片的抗磨損防護性能。

　　鑒于此，該研究成果創新性地研究了入口總壓進氣畸變對壓氣機葉片沖蝕磨損的影響，基于砂粒沖擊速度測試實驗和鈦合金沖蝕磨損實驗提出了一種沖蝕磨損理論模型參數化新方法，以某型渦軸發動機前1.5級壓氣機動葉為研究對象，構建了考慮進氣畸變的全流道壓氣機葉片沖蝕磨損分析模型，揭示了典型進氣畸變角度對動葉表面沖蝕磨損分布特征和磨損程度的影響機理。

　　據介紹，上述研究結論可為惡劣環境下渦軸發動機壓氣機葉片抗磨損防護設計提供理論參考和數據支持，對于提升渦軸發動機全天候、全疆域和立體化服役能力具有重要的工程實際意義。

　　該研究受到了國家自然科學基金、湖南省重點研發計劃、中國航發自主創新專項資金和湖南省研究生科研創新重點項目的支持。

　　另外，李超還研究了砂粒在壓力機內部流場中的碰撞、反彈和再碰撞等復雜運動軌跡和各個葉片表面的沖蝕損傷特征，結合氣固兩相流動力學分析揭示了砂粒粒徑對航空發動機壓氣機葉片沖蝕磨損的影響機理，相關研究成果以李超為第一作者分別發表在《國際摩擦學》（Tribology International）和《機械工程學》上。

　　相關論文信息：https://doi.org/10.1016/j.ijmecsci.2022.107551