CAIEC
获奖项目展示
1 0TH CAIEC · 一等奖
中国航发动力所:航空发动机纤维增强复合材料声衬降噪技术
以大涵道航空发动机为应用背景,目标是为我国民用飞机提供自主知识产权的消声技术。
1. 公司简介
中国航发沈阳发动机研究所主要从事大中小型航空发动机及燃气轮机的设计研究、产品开发与试验验证,涵盖:航空涡喷、涡扇发动机整机设计燃气轮机研发发动机控制系统、燃油系统、空气动力学、工程热物理、噪声与振动、测试技术等领域的研究。具备高性能信息化网络系统、完善的发动机整机及零部件试验手段、配套的试制加工能力和可靠的质量保证体系。单位的宗旨是出产品、出装备、出人才,在航空发动机领域为国家提供了多种跨代产品。自1961年成立以来取得各类科研成果2100余项,荣获“高技术武器装备发展建设工程重大贡献奖”、“航空报国重大贡献单位”等殊荣。
2. 项目简介
发明了大涵道发动机内部嵌装三重复合材料声衬的消声结构、穿孔消音板铺层设计方法及其共固化成型技术,解决了进气道及外涵道声衬逐级降噪、排水减振以及大尺寸复合材料环形构件的制造难题。远场降噪3.3~5.2dB(降低机场及航线周边噪声),近场降噪6.8~7.2dB(降低舱内噪声),填补了国内航空发动机复合材料声衬“工程应用领域”的空白。开发出改性水基聚氨酯薄膜涂层,有效提升了穿孔消音板抗冲刷、耐腐蚀性能,使用寿命>10000小时;相对于金属材料声衬,单台减重约20kg。该项目消声技术成果已在“军/民系列大涵道发动机”获得应用,为C919大型客机提供了5-10dB的降噪技术储备,推动了复合材料制造技术在航空领域的发展。授权发明专利15项,总体技术达到国内领先、国际先进水平,累计经济效益为1.68亿。
3. 项目亮点
大涵道发动机是民用飞机的主要噪声源,其风扇噪声可达140~160dB,对机场、客舱和航线周边带来严重的噪声污染。该项目以大涵道航空发动机为应用背景,目标是为我国民用飞机提供自主知识产权的消声技术。该项目的主要客户群体是中国航发商用航空发动机有限责任公司、中国航发西安航空发动机有限责任公司、中国航发黎明航空发动机有限公司。
该项目突破了大涵道航空发动机复合材料声衬的一体化设计、选材制备、降噪试验与耐老化防护等多项关键技术。该项目开发了进气道声衬、风扇声衬和短舱声衬三重降噪结构,建立了完整的复合材料声衬产品研发流程;攻克了复合材料声衬的共固化成型难题,国内率先开发航空发动机复合材料夹层制造技术;开发了PUA水基聚氨酯消声涂料、喷涂工艺和设备,声衬的使用寿命突破10000小时。该项目在民用系列大涵道发动机获得应用,近两年累计经济效益为5000万。此外,该项目研发的消声涂料在ARJ21和C919大型客机获得应用,提升了飞机主体材料的耐老化性能。在航空领域的“ICAS国际航空科学大会”上,该项目成果受到了NASA(美国航空航天局)专家关注与好评。该项目通过了工业和信息化部“民用飞机专项”课题验收,为国产大飞机动力提供了5-10dB的降噪技术储备,填补了国内航空发动机消声结构“工程应用领域”的空白,降低了大涵道发动机对客舱、机场以及航线周边的噪声污染,取得了明显的社会效益。
传统消声器存在体积大、寿命短、抗疲劳性差,以及在高温、高压环境中极易腐蚀的缺点。针对上述问题,本项目研发的微穿孔复合材料消声结构解决了传统消声器的上述缺点,在高速气流、高压和高声强环境下,构建了大尺寸(直径在1800mm~3000mm)的环形小腔室(厚度在20mm~50mm)结构的轻质化消声结构。该消声结构主体选材为耐冲击的环氧树脂基芳纶纤维,兼顾阻尼支撑装配、排水以及耐老化防护技术,使得发动机在吞沙、吞冰、吞雹、湿热、盐雾等 极端气候环境下,该声衬仍满足功能完整性需求。该复合材料声衬是目前为止,性价比最高的航空发动机消声手段,该消声结构为扇形段拼装结构,便于拆分、装配以及维护,在对发动机的结构、性能以及重量影响极小的前提下,获得了良好的降噪效果。国内率先突破了大尺寸芳纶纤维夹层消声结构的热压成型、组装以及制造技术,将航空领域复合材料的使用范围由结构承力框架脱展至消声功能部件,国内首次将复合材料穿孔消声结构安装于“大涵道发动机”以及“大型飞行器”。
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