航空动力结构设计与性能分析
一、成果简介
随着现代航空发动机性能不断提升，发动机内部工作环境趋于苛刻，传统静封严技术如平垫片封严技术和橡胶封严技术等因其材料难以适应发动机苛刻的环境。弹性金属封严技术应运而生。
我国在2010年前一直未能掌握其相关工艺技术，由于其技术及产品的敏感性，国外在W封严环的设计制造技术及相关产品一直对我国封锁。我国需要的产品一直都通过各种中间渠道依赖进口解决。本项目历经近十年研究1）提出了航空发动机W金属封严环辊压成型工艺方法，突破成型变薄和回弹控制等核心技术，研制出我国首个成功装机试验的国产W金属封严环，打破了国外封锁，填补了国内空白；2）深入开展了W金属封严环弹塑性及密封性等主要性能研究分析和试验测试技术研究，研制成功我国首台全工况W金属封严环综合试验机，初步形成了我国W金属封严环设计、制造、试验的较完整技术体系，填补了国内空白，保障和满足了我国航空发动机研制和生产需求。相关成果获得发明专利两项和中国航空学会科技奖一项，已批量运用于我国运20、直10等飞机型号的动力装置。
激光冲击强化技术是一种新型表面处理技术。利用短脉冲（几十纳秒）、高峰值功率密度（≥109W/cm2）的激光辐照金属表面，使金属表面涂覆的吸收保护层吸收激光能量并发生爆炸性气化蒸发，产生高压等离子体冲击波，利用冲击波的力学效应使金属材料表层微观组织发生变化，在较深的厚度上形成残余压应力，从而显著提高金属材料抗疲劳、耐磨损和抗应力腐蚀、抗外物损伤能力，提高飞行器的安全性、可靠性，实现其超常服役性能。另外，通过前期研究发现，该项技术与激光成形、表面扩渗等工艺技术组合，结合部件计算机辅助设计方法，可以产生颠覆性的组合制造与修复新技术，对飞行器设计和制造领域产生重大影响。
汪诚教授从2004年起进行激光冲击强化技术研究，是我国首条激光冲击强化示范生产线的主设计师，与团队一起打破了美国在激光冲击强化领域的垄断地位，使我国成为世界第二个掌握该项技术的国家。相关成果获得国家技术发明二等奖一项，军队、省级科技进步一等奖三项，在激光冲击强化技术领域授权专利26项。
二、主要技术指标
方向 | 具体内容 | 方向成员 |
航空发动机W封严环研制 | 1.研究W形金属封严环结构对性能的影响机理和W形金属封严环基于性能的结构设计优化方法； 2.研究基于滚弯机械成型的W形金属封严环制造工艺，以解决薄板对焊、成型减薄和回弹控制等技术难题； 3.研究 W形金属封严环性能测试方法，研制覆盖金属封严环全工况条件的综合模拟试验器，为W形金属封严环的研制和交付提供了定量评价手段。 | 王云 丁相玉 杨蓓 卢洪义 许瑛
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激光冲击强化关键技术研究 | 1.基于激光喷丸的飞行器/小微发动机构件抗疲劳、轻量化设计技术研究； 2.激光高能束成形与激光喷丸高性能组合制造新技术研究； 3.激光喷丸与表面防护组合应用技术研究； | 汪诚 丁相玉 卢洪义 张宸宇 |
三、应用情况概述
1、航空发动机W封严环研制通过开展高性能金属封严环弹塑性接触变形数学模型研究和有限元建模数值模拟研究，分析封严环泄漏性能及影响因素分析、回弹性能及影响因素分析、疲劳性能及影响因素分析，基于上述分析，初步形成封严环结构优化设计、选材设计、性能测试分析及评估的方法。在优化封严环结构尺寸后设计合理加工模具，创新了W封严环分级滚弯成型工艺，通过下料、焊接、滚弯成型等工序进行加工制备。并通过自行设计制作的金属封严环高温高压试验台对所制备的金属封严环进行试验测试，检测金属封严环相关性能。所制备的封严环性能与国外进口件性能相当，打破了国外在封严环技术上对我国的封锁，填补了国内空白，有力的促进了国产发动机研制的工作，相关成果获得发明专利两项和中国航空学会科技奖一项，已批量运用于我国运20、直10等飞机型号的动力装置，为发展我国W金属封严环完整技术体系奠定了基础。
2、激光冲击强化关键技术研究针对航空飞行器及发动机研制特点，围绕激光冲击强化技术开展飞行器/航空发动机动部件抗疲劳、轻量化结构设计技术、激光冲击强化与激光高能束成形组合制造技术、表面扩渗与激光冲击强化复合修复技术等关键技术开展创新性研究，一方面通过激光冲击强化技术与设计技术结合，大幅提高部件的安全性、可靠性、延长使用寿命。另一方面通过先进的组合制造和修复技术，大大缩短装备研制生产周期，降低报废率，节约研制费用。
可以承担任务：
1、航空发动机各种形状金属封严环研制；
2、金属封严环试验台设计制造；
3、基于激光冲击强化技术的飞行器/航空发动机动部件抗疲劳、轻量化结构设计技术；
4、激光冲击强化与激光高能束成形组合制造技术；
5、表面扩渗与激光冲击强化复合修复技术。
四、依托科研项目及技术成果支撑情况
1、依托科研项目情况
序号 | 项目名称 | 项目负责人 | 项目类别 | 立项时间 | 经费总额 （万元） | 项目委托单位 |
1 | 基于静电感应的航空发动机滑油系统全流量在线监测及寿命预测方法研究 | 王云 | 国家级 | 2015-01 | 48 | 国家自然科学基金委 |
2 | XX10发动机封严环研制（总装型号） | 王云 | 国家级 | 2014-03 | 200 | 装备部项目 |
3 | 模块化可重构自动制孔系统的设计方法及自适应钻削行为控制 | 许瑛 | 国家级 | 2014-01 | 50 | 国家自然科学基金委 |
4 | W封严环设计与制造技术（中航产学研） | 王云 | 省部级 | 2013-04 | 100 | 中航产学研项目 |
5 | 某合金封严环研制 | 丁相玉 | 省部级 | 2013-01 | 224 | 军品配套 |
6 | 水空两栖飞行器动力推进系统及其关键技术研究 | 王云 | 国家级 | 2013-01 | 54 | 国家自然科学基金委 |
7 | 176项目模夹具等工装联合设计技术开发1 | 王云 | 横向课题 | 2019-07 | 27 | 江西洪都航空工业集团有限责任公司 |
8 | B7025试验主机研制 | 王云 | 横向课题 | 2019-09 | 258 | 中国航发湖南动力机械研究所 |
9 | W封严环研制 | 王云 | 横向课题 | 2019-10 | 55 | 哈尔滨东安发动机（集团）有限公司 |
10 | W 封严环研制 | 王云 | 横向课题 | 2018-09 | 42 | 哈尔滨东安发动机（集团）有限公司 |
11 | W封严环委托研制 | 王云 | 横向课题 | 2018-11 | 76 | 中国航发航空科技股份有限公司 |
12 | 单波W型封严环泄漏、刚度、弹性性能实验及设计技术研究（2018） | 丁相玉 | 横向课题 | 2018-11 | 63 | 中国航发湖南动力机械研究所 |
13 | W封严环 Z944181 | 王云 | 横向课题 | 2017-03 | 18 | 中国航发南方工业有限公司 |
14 | W封严环研制 | 王云 | 横向课题 | 2017-04 | 59 | 哈尔滨东安发动机（集团）有限公司 |
15 | 单波W金属封严环性能计算及优化 | 王云 | 横向课题 | 2017-11 | 14 | 中国航发湖南动力机械研究所 |
16 | W封严环研制 | 王云 | 横向课题 | 2016-09 | 50 | 哈尔滨东安发动机集团有限公司 |
17 | 发动机油门操纵系统性能试验台 | 王云 | 横向课题 | 2016-09 | 118 | 江西洪都航空工业集团有限责任公司 |
18 | W封严环 | 王云 | 横向课题 | 2016-04 | 28 | 哈尔滨东安发动机（集团）有限公司 |
19 | DFD20密封环加工技术 | 王云 | 横向课题 | 2015-09 | 14 | 哈尔滨东安发动机(集团）有限公司 |
20 | 331DFD密封环加工技术 | 王云 | 横向课题 | 2015-09 | 9 | 中国南方航空工业（集团）有限公司 |
21 | Glasair轻型飞机适航取证技术服务 | 王云 | 横向课题 | 2013-11 | 200 | 吉林瀚星集团有限公司 |
22 | W封严环试验机 | 王云 | 横向课题 | 2013-11 | 90 | 中国航空动力机械研究所 |
23 | 三种W封严环研制加工技术服务 | 王云 | 横向课题 | 2013-11 | 25 | 中国南方航空工业（集团）有限公司 |
24 | W封严环技术开发研制加工服务 | 王云 | 横向课题 | 2013-11 | 12 | 中国南方航空工业（集团）有限公司 |
25 | DFD封严环 | 王云 | 横向课题 | 2013-11 | 20 | 哈尔滨东安发动机(集团）有限公司 |
26 | DFD封严环研制 | 王云 | 横向课题 | 2013-11 | 30 | 哈尔滨东安发动机(集团）有限公司 |
27 | XXD20.44038W封严环技术开发研制加工服务 | 王云 | 横向课题 | 2012-09 | 13 | 中国南方航空工业（集团）有限公司 |
28 | 燃油系统工作模拟试验台 | 王云 | 横向课题 | 2012-05 | 265 | 中国航空工业供销江西有限公司 |
29 | XXX441107W/451182W封严环技术开发研制 | 王云 | 横向课题 | 2012-05 | 24 | 中国南方航空工业（集团）有限公司 |
30 | HT-80靶机系统的设计与研制 | 王云 | 横向课题 | 2011-11 | 100 | 珠海航太科技有限公司 |
31 | M型封严环研制 | 王云 | 横向课题 | 2011-08 | 33 | 哈尔滨东安发动机有限公司 |
32 | 全机燃油系统地面模拟试验台架研制 | 王云 | 横向课题 | 2011-07 | 370 | 江西航天海虹测控技术有限责任公司 |
33 | 飞机燃油系统负过载试验台架研制 | 许瑛 | 横向课题 | 2011-07 | 63 | 江西航天海虹测控技术有限责任公司 |
34 | XXX.45.1182W封严环技术开发研制 | 王云 | 横向课题 | 2011-04 | 35 | 中国南方航空工业（集团）有限公司 |
35 | 封严环研制 | 王云 | 横向课题 | 2011-03 | 39 | 中国南方航空工业（集团）有限公司 |
36 | 大宽板谱载裂纹扩展研究 | 王云 | 横向课题 | 2010-12 | 10 | 北京航空航天大学 |
37 | W型封严环研制 | 王云 | 横向课题 | 2010-03 | 58 | 中国南方航空工业（集团）有限公司 |
38 | 小型电动专用无人直升机 银通Ⅰ型“领航者”号的研制 | 王云 | 横向课题 | 2010-02 | 25 | 珠海银通新能源有限公司 |
2、科技奖励
序号 | 获奖项目名称 | 第一完成人 | 奖励名称 | 奖励等级 | 获奖时间 | 授奖单位 |
1 | 中国航空学会科学技术奖 | 王云 | 航空发动机W封严环研制 | 三等奖 | 2019.08 | 中国航空学会 |
3、授权发明专利及软件著作权
序号 | 发明专利/软件著作名称 | 第一完成人 | 专利类型 | 授权日期 |
1 | 一种单一复合叶轮的燃气涡轮发动机 | 王云 | 发明专利 | 2018-07-13 |
2 | 一种蓄功调速齿轮传动涡轮发动机 | 王云 | 发明专利 | 2017-06-07 |
3 | 一种无保持架高速滚动轴承 | 王云 | 发明专利 | 2017-04-28 |
4 | 一种测量单涵道及单涵道飞行器升力的实验装置 | 王云 | 发明专利 | 2016-12-13 |
5 | 一种双涵道升力风扇水平稳定自动控制器 | 王云 | 发明专利 | 2016-10-17 |
6 | 一种涵道壁面与桨尖间隙可调的涵道风扇 | 王云 | 发明专利 | 2016-08-11 |
7 | 一种新型叠加组合式涵道风扇 | 王云 | 发明专利 | 2016-08-11 |
8 | 一种具有旋翼和气囊复合动力无人飞行器 | 王云 | 发明专利 | 2016-04-14 |
9 | 控制和测量封严环轴向压缩位移变形量的方法 | 王云 | 发明专利 | 2015-09-11 |
10 | 封严环试验台高温炉内上下压盘的平行安装及平行度检测方法 | 王云 | 发明专利 | 2015-09-11 |
11 | 一种飞机机身蒙皮端面余量切割机械手 | 王云 | 发明专利 | 2015-05-13 |
12 | 一种复合铆接单元 | 许瑛 | 实用新型 | 2011-11-09 |
13 | 潜水飞机机翼变换机构 | 王云 | 发明专利 | 2011-10-10 |
14 | 一种水空两用无人机的动力装置 | 王云 | 实用新型 | 2011-06-12 |
15 | 电动防碰安全无人直升机(发) | 王云 | 发明专利 | 2010-10-28 |
16 | 电动防碰安全无人直升机 | 王云 | 实用新型 | 2010-10-28 |
17 | 电动倾转旋翼无人机(实) | 王云 | 实用新型 | 2010-07-06 |
4、论文和著作成果
序号 | 论文/著作名称 | 刊名/出版社名 | 第一作者 | 发表时间 |
1 | Design of Solar Powered and Fatigue Durable Quadcopter | International Journal of Mechanical Engineering and Applications | 许瑛 | 2019-07-12 |
2 | 航空发动机W形封严环封严效果影响因素分析 | 航空工程进展 | 陈京名 | 2018-11-20 |
3 | 新型旋翼推进式无人飞艇气动特性研究 | 飞行力学 | 王璐 | 2017-10-01 |
4 | Finite element analysis of leakage about metallic sealing ring used in aircraft engine | Advanced Maerials Research | 王云 | 2014-05-19 |
5 | Analysis of fatigue life in high temperature of W pattern sealing rings used in aircraft engine | Applied Mechanics and Materials | 陈希 | 2014-05-19 |
6 | The influence of performance of W-type metallic sealing ring with different outer arms open angle | Advanced Materials Research | 丁相玉 | 2014-05-10 |
五、联系方式
联系人：丁相玉
地址及邮编：江西省南昌市丰和南大道696号 南昌航空大学 飞行器工程学院，邮编：330063
Email：dingxiangyu@nchu.edu.cn
联系电话：0791-8395 3385