CN115213077A - 航空发动机机匣安装边变厚度静密封涂层及制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种航空发动机机匣安装边变厚度静密封涂层及制备方法。本发明通过获取航空发动机机匣的安装边接触状态随安装边位置变化关系，建立涂层厚度和接触状态的映射关系，建立涂层厚度随安装边位置变化模型，根据所述变化模型，对安装边位置喷涂不同厚度的涂层，通过在单侧安装边表面喷涂变厚度的软材料涂层以达到减小安装边接触面接触间隙进而提高机匣安装边密封性的目的。

Description

航空发动机机匣安装边变厚度静密封涂层及制备方法
技术领域
本发明涉及涂层材料技术领域，具体涉及一种航空发动机机匣安装边变厚度静密封涂层及制备方法。
背景技术
航空发动机机匣安装边是航空发动机的重要部件，工作在高环境温度，高密封压差和剧烈震动的苛刻环境中，其气体密封性对航空发动机的性能有着重要的影响。为了避免密封环密封对发动机结构复杂性和生产、装配及维护难度的影响，目前国内外在役或在研三、四代主力发动机安装边均为在螺栓预紧力作用下直接发生接触，如图2所示，安装边1之间不填充任何密封介质，该形式简化了安装边结构，给装修维护带来便利。由于机匣安装边厚度较薄，在螺栓预紧力作用下安装边接触压力分布不均匀，表现为接近螺栓孔2位置的接触压力较大，而远离螺栓孔2位置的接触压力较小甚至为零。接触压力较小或为零位置可能形成一定的微观、宏观接触间隙，进而导致发动机机匣内高压气体发生泄漏，降低发动机性能。在安装边直接接触的硬密封条件下，气体的泄露不可避免，成为现有航空发动机存在的主要技术问题。因此，亟需一种航空发动机机匣安装边变厚度静密封涂层及制备方法，以解决上述问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种航空发动机机匣安装边变厚度静密封涂层及制备方法，以解决现有机匣安装边厚度较薄，在螺栓预紧力作用下安装边接触压力分布不均匀形成一定的微观、宏观接触间隙，进而导致发动机机匣内高压气体发生泄漏，降低发动机性能的问题。
本发明提供一种航空发动机机匣安装边变厚度静密封涂层的制备方法，包括：
获取航空发动机机匣的安装边接触状态随安装边位置变化关系；
建立涂层厚度和接触状态的映射关系；
建立涂层厚度随安装边位置变化模型；
根据所述变化模型，对安装边位置喷涂不同厚度的涂层。
进一步地，获取航空发动机机匣的安装边接触状态随安装边位置的变化关系的步骤中，根据机匣安装边接触状态进行有限元计算，获得安装边在螺栓预紧力和载荷作用下的接触压力和接触间隙分布，接触压力用于表征接触面的微观间隙分布情况，接触间隙分布用于表征接触面宏观间隙分布情况；建立接触压力和接触间隙随安装边位置的变化关系。
进一步地，建立涂层厚度和接触状态的映射关系的步骤中，涂层厚度与接触压力呈负相关，在接触压力为零区域，安装边之间存在宏观接触间隙，涂层厚度大于间隙高度，且随着间隙高度变化而变化。
进一步地，建立涂层厚度随安装边位置变化模型的步骤中，根据所述获取的安装边接触状态随位置变化关系和所述获取的涂层厚度随接触状态变化的映射关系，建立涂层厚度随安装边位置变化模型。
进一步地，根据所述变化模型，对安装边位置喷涂不同厚度的涂层的步骤中，利用数控设备，根据喷头对应的安装边位置喷涂不同厚度的涂层；喷头最初位置位于安装边外沿，喷头每沿着安装边周向旋转一周便减小旋转半径，直到达到安装边内沿；或者，喷头行进方式由安装边内沿到安装边外沿并逐渐增加旋转半径。
进一步地，涂层材料为铜、银或聚四氟乙烯。
进一步地，当涂层材料为金属时，喷涂方式为等离子喷涂。
本发明还提供一种以上所述的航空发动机机匣安装边变厚度静密封涂层的制备方法所制备的航空发动机机匣安装边变厚度静密封涂层。
本发明的有益效果如下：本发明提供的一种航空发动机机匣安装边变厚度静密封涂层及制备方法，与传统航空发动机密封环结构或直接接触硬密封相比较，涂层式密封不增加发动机结构复杂程度，不增加装配及维护难度。只需在加工过程中增加一道喷涂工序，且对基层粗造度要求较低，在一定程度降低表面处理难度。安装边接触面发生接触时，由于涂层材料弹性模量较低，涂层能够通过变形阻塞微观接触间隙，降低泄露程度。通过合理设计安装边涂层的厚度，能够避免产生宏观接触间隙，进而提高发动机安装边密封性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种航空发动机机匣安装边变厚度静密封涂层的制备方法的流程示意图；
图2为本发明实施例提供的航空发动机机匣安装边局部示意图；
图3为本发明实施例提供的航空发动机机匣安装边接触压力分布；
图4为本发明实施例提供的变厚度涂层喷涂位置示意图。
图示说明：1-安装边；2-螺栓孔；3-存在接触压力区域；4-接触压力为零区域；5-安装边外沿；6-安装边内沿；7-涂层。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明具体实施例及相应的附图对本发明技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。以下结合附图，详细说明本发明各实施例提供的技术方案。
请参阅图1至图4，本发明实施例提供一种航空发动机机匣安装边变厚度静密封涂层的制备方法，包括：
S101，获取航空发动机机匣的安装边接触状态随安装边位置变化关系。
在本实施例中，根据机匣安装边接触状态进行有限元计算，获得安装边在螺栓预紧力和载荷作用下的接触压力和接触间隙分布，接触压力可以表征接触面的微观间隙分布情况，接触间隙分布可以表征接触面宏观间隙分布情况；建立接触压力和接触间隙随安装边位置的变化关系。
S102，建立涂层厚度和接触状态的映射关系。
在本实施例中，为了获取各位置合适的涂层厚度，建立涂层厚度和接触状态的映射关系；在存在接触压力区域3喷涂较薄的变厚度涂层，为了保证涂层喷涂后接触压力的均匀性，此区域涂层厚度与接触压力呈负相关，接触压力较大区域涂层较薄，接触压力较小区域涂层厚度较厚；在接触压力为零区域4，安装边之间存在宏观接触间隙，涂层厚度将略大于间隙高度，且随着间隙高度变化而变化。
S103，建立涂层厚度随安装边位置变化模型。
在本实施例中，根据所述获取的安装边接触状态随位置变化关系和所述获取的涂层厚度随接触状态变化的映射关系，建立涂层厚度随安装边位置变化模型。
S104，根据所述变化模型，对安装边位置喷涂不同厚度的涂层。
在本实施例中，利用数控设备，根据喷头对应的安装边位置喷涂不同厚度的涂层；喷头最初位置位于安装边外沿5，喷头每沿着安装边周向旋转一周便减小旋转半径，直到达到安装边内沿6；喷头行进方式亦可由安装边内沿6到安装边外沿5并逐渐增加旋转半径。
在本实施例中，涂层7的材料可以是铜、银等较软金属或聚四氟乙烯等非金属材料。当涂层材料为金属时，喷涂方式可以为等离子喷涂。
本发明提供的一种航空发动机机匣安装边变厚度静密封涂层的制备方法，在微观尺度，涂层软材料在接触压力作用下发生塑性流动，实现填堵减小接触面的微观间隙。在宏观尺度，与接触间隙相适应的变厚度涂层能够消除宏观接触间隙。通过减小微观接触间隙和消除宏观接触间隙能够实现有效提高航空发动机机匣安装边密封性。通过在单侧安装边表面喷涂变厚度的软材料涂层以达到减小安装边接触面接触间隙进而提高机匣安装边密封性的目的，该密封方法应用场景不限于航空发动机机匣安装边，亦可应用于其他薄壁法兰结构。
本发明实施例还提供一种存储介质，本发明实施例还提供一种存储介质，所述存储介质中存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现本发明提供的一种航空发动机机匣安装边变厚度静密封涂层的制备方法的各实施例中的部分或全部步骤。所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(英文：Read-OnlyMemory，简称：ROM) 或随机存储记忆体(英文：RandomAccessMemory，简称：RAM)等。
本领域的技术人员可以清楚地了解到本发明实施例中的技术可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现。基于这样的理解，本发明实施例中的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
以上所述的本发明实施方式并不构成对本发明保护范围的限定。

Claims (8)

1.一种航空发动机机匣安装边变厚度静密封涂层的制备方法，其特征在于，包括：
获取航空发动机机匣的安装边接触状态随安装边位置变化关系；
建立涂层厚度和接触状态的映射关系；
建立涂层厚度随安装边位置变化模型；
根据所述变化模型，对安装边位置喷涂不同厚度的涂层。
2.根据权利要求1所述的一种航空发动机机匣安装边变厚度静密封涂层的制备方法，其特征在于，获取航空发动机机匣的安装边接触状态随安装边位置的变化关系的步骤中，根据机匣安装边接触状态进行有限元计算，获得安装边在螺栓预紧力和载荷作用下的接触压力和接触间隙分布，接触压力用于表征接触面的微观间隙分布情况，接触间隙分布用于表征接触面宏观间隙分布情况；建立接触压力和接触间隙随安装边位置的变化关系。
3.根据权利要求1所述的一种航空发动机机匣安装边变厚度静密封涂层的制备方法，其特征在于，建立涂层厚度和接触状态的映射关系的步骤中，涂层厚度与接触压力呈负相关，在接触压力为零区域，安装边之间存在宏观接触间隙，涂层厚度大于间隙高度，且随着间隙高度变化而变化。
4.根据权利要求1所述的一种航空发动机机匣安装边变厚度静密封涂层的制备方法，其特征在于，建立涂层厚度随安装边位置变化模型的步骤中，根据所述获取的安装边接触状态随位置变化关系和所述获取的涂层厚度随接触状态变化的映射关系，建立涂层厚度随安装边位置变化模型。
5.根据权利要求1所述的一种航空发动机机匣安装边变厚度静密封涂层的制备方法，其特征在于，根据所述变化模型，对安装边位置喷涂不同厚度的涂层的步骤中，利用数控设备，根据喷头对应的安装边位置喷涂不同厚度的涂层；喷头最初位置位于安装边外沿，喷头每沿着安装边周向旋转一周便减小旋转半径，直到达到安装边内沿；或者，喷头行进方式由安装边内沿到安装边外沿并逐渐增加旋转半径。
6.根据权利要求5所述的一种航空发动机机匣安装边变厚度静密封涂层的制备方法，其特征在于，涂层材料为铜、银或聚四氟乙烯。
7.根据权利要求6所述的一种航空发动机机匣安装边变厚度静密封涂层的制备方法，其特征在于，当涂层材料为金属时，喷涂方式为等离子喷涂。
8.一种如权利要求1-7任一项所述的航空发动机机匣安装边变厚度静密封涂层的制备方法所制备的航空发动机机匣安装边变厚度静密封涂层。
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