基于环形板理论的机匣安装边密封特性分析方法研究

针对现代航空发动机机匣安装边密封设计与泄漏评估问题,本文开展了不同安装边结构参数及机匣所受载荷对安装边密封特性影响的研究.根据环形板理论,推导并建立了轴向力、内部气体压力等载荷与安装边形变的关系,据此研究了安装边厚度、高度及螺栓预紧力等对安装边密封性能的影响规律.本文得出安装边根部轴向位移理论解与有限元计算结果相对误差...     

机匣横向安装边螺栓联接结构应力分析

航空发动机机匣多采用安装边螺栓联接结构。为了准确模拟安装边螺栓联接结构对航空发动机机匣的影响,本文利用ANSYS Workbench有限元软件对安装边螺栓联接结构进行仿真计算,应用有限元软件中的预紧力施加模块模拟螺栓的预紧力。通过选择一组不同预紧力大小进行计算,得到预紧力与安装边螺栓联接结构处等效应力及应力强度的关系曲线;通过有限元计算,获得安装边厚度、安装边高度及螺栓位置对安装边螺栓联接结构应力的影响规律,为机匣螺栓联接结构设计提供了参考依据。     

减速器机匣安装边的疲劳寿命分析

讨论了减速器机匣安装边疲劳寿命分析的方法。提出了一种安装边载荷计算方法。采用半解析有限元法计算安装边的应力 ,然后采用局部应力应变法计算疲劳寿命。给出了两个算例 ,采用本文方法对一机匣试验件安装边的应力及疲劳寿命进行了计算并与试验结果进行了比较和分析。     

机匣安装边应力分析的混合法

机匣安装边与壳体转接处的应力分布复杂,该处存在膜应力,弯曲应力并有应力集中,要精确计算该区域的弯曲应力比较困难。本文提出了一种计算安装边转接处弯曲应力计算的解析方法,并根据光弹性试验结果总结了与安装边结构参数有关的应力集中系数计算的经验公式。同时,运用数学计算方法和光弹性实验数据相结合的混合法计算了某发动机延伸机匣的安装边应力。     

基于接触分析方法的机匣安装边密封性研究

针对某型航空发动机外涵机匣开环形槽结构的安装边,建立了包括安装边和连接螺栓的有限元计算模型.采用有限元接触分析方法对安装边结合面的接触应力和接触间隙进行了计算,分析了安装边螺栓孔距、安装边厚度和开槽深度对安装边密封性的影响.结果表明,安装边开环形槽结构有利于密封,适当增加安装边螺栓数和安装边厚度可改善其密封性.     

薄壁机匣螺栓连接结构多目标优化设计

为增大薄壁机匣安装边螺栓连接结构强度、减小其振动和重量,以满足现代航空发动机更高性能的要求,对机匣结构参数进行了优化设计。选取安装边高度、安装边厚度、机匣厚度和螺栓个数为参数变量,结构质量、一阶固有频率和最大等效应力为目标函数,根据Box-Behnken方法设计的样本点和有限元计算结果建立二阶响应面模型,基于层次分析获取权系数,并利用遗传算法对机匣结构进行多目标优化设计。最后,针对优化后的结构进行模态试验和有限元验证。研究表明,模态试验结果与有限元计算误差小于6%,同时优化显著提高了一阶固有频率,使其结构质量和最大等效应力分别降低5.28%和13.64%,验证了本文提出的优化方法的有效性和可行性。     

基于等效间隙的机匣安装边泄漏量定量计算方法

结合平行平板流动理论，结合流量因子法和粗糙面接触压力与接触间隙的关系，提出了一种基于等效间隙、能够考虑微观粗糙形貌及受不均匀分布载荷的机匣安装边泄漏量定量计算方法；采用有限元计算方法，研究了内部气体压力和轴向力对机匣安装边气体泄漏量的影响规律；研究表明，随着内部气体压力的增加，泄漏量增大，随着轴向力的增加，泄漏量略微减小；最后将计算结果与泄漏量实验结果进行对比，在内部气体压力和轴向力作用下的泄漏量最大误差分别为3.5%和3.6%，证明了本文计算方法的有效性。     

基于中子衍射技术的涡轮后机匣内部残余应力评估

针对某航空发动机斜支板涡轮后机匣试车后出现的裂纹故障，利用中子衍射技术对后机匣进行了内部残余应力测试分 析。建立了后机匣K4169合金中子应力快速测量方法，实现了应力测量精度≤20 MPa，最短单点测量时间≤5 min，1维空间分辨率≤1 mm。建立了K4169合金部件表层应力梯度的中子测量与解析方法，并限定入射束尺寸。利用近表面处衍射强度与质心的关系对衍射信息进行矫正，实现了具有0.1 mm 1维空间分辨率的应力表征能力。开展了后机匣周向和轴向的残余应力分布研究，结果表明：涡轮后机匣基体存在粗大晶粒组织，后机匣外壳存在平均300 MPa的周向压应力，后机匣斜支板存在400～500 MPa的拉应力。裂纹故障与粗晶/细晶组织之间残余应力分布差异有一定关系。     

旋转桨叶表面压力反演试验

为了验证旋转桨叶表面压力的反演计算方法，搭建了旋转桨叶表面压力反演试验平台，对一套二叶螺旋桨的表面压力开展了反演试验。通过传声器阵列测量螺旋桨的远场噪声，利用Kulite压力传感器和离线式采集器测量桨叶表面的静压，并与计算结果进行对比。结果表明：在所研究的工况范围内，计算结果与试验结果吻合较好，趋势基本一致；其中两个测点的试验结果与计算结果误差在1%以内，精度很高；另两个测点的对比差值较大，主要是压力传感器安装工艺误差所导致的。     

复合材料机匣周向安装边模拟件强度与损伤分析

为了较准确地预测航空发动机机匣复合材料周向安装边的强度和失效模式,以某型涡扇发动机复合材料机匣周向安装边为对象,开展了复合材料机匣周向安装边模拟件的静拉伸试验和静强度及损伤预测方法研究。通过试验获得周向安装边模拟件静强度及给定考核静载下的损伤模式;基于3维逐渐损伤分析方法,采用挤压孔边局部节点合并等效接触算法,建立了复合材料机匣周向安装边模拟件的静载逐渐损伤分析模型,采用该模型对安装边模拟件不同角度的铺层损伤模式进行了分析。结果表明:静强度预测误差在6%以内,考核静载下的预测损伤与试验结果对比损伤区域基本一致;所建立的静载逐渐损伤分析模型具有较高的计算精度。     

俯冲拉起飞行条件下航空发动机整机动力学特性分析

以某航空发动机带机匣双转子试验器为参考,分别采用截锥壳元素法和Timoshenko梁理论对其机匣和双转子系统进行了有限元建模,得到了试验器的整机转子动力学有限元模型。研究了俯冲拉起飞行条件下机匣支承刚度、安装节支承刚度与机动载荷对双转子航空发动机整机动力学特性的影响。研究结果表明:机匣支承刚度与机动载荷对发动机产生转静子径向碰摩的影响较大,而安装节支承刚度对发动机产生转静子径向碰摩的影响相对较小;机匣测点振动随机匣支承刚度的减小而减小,随安装节支承刚度的减小而增大;机匣测点振动对俯冲拉起机动载荷变化不敏感。     

管道对进气道动态总压测量影响修正方法

进气道实验需要测量进气道出口截面的动态总压，当动态压力传感器与测点之间存在管道时，动态总压测量值与真值之间存在较大误差，进而会影响进气道出口截面湍流度的测量精度。通过在中国空气动力研究与发展中心涡轮动力模拟器校准箱的实验，系统地研究了管道对动态总压和湍流度测量的影响。实验结果表明:管道对动态总压和湍流度测量的影响非常严重，动态总压脉动量频域值可被放大10倍以上，湍流度可以放大2.8倍以上。基于修正耗散模型，通过实验结果对修正耗散模型进行了标定，并提出了动态总压管道影响修正方法，修正方法能够有效减小管道所引起的测量误差。      

航空发动机机匣同轴度的测量与调整

为排除航空发动机振动故障,从某型航空发动机机匣同轴度检测原理入手,研究机匣同轴度的检测机理,针对机匣同轴度不合格故障提出调整与解决措施。制定出选配偏心环、机匣安装边位移铰孔及车削机匣安装边等多种故障修复方法,通过机匣位移铰孔、调整选配偏心环、增设自动化电动测具等改进措施,达到提高机匣同轴度测量精度,保证发动机装配质量要求。     

航空发动机振动传感器安装座振动特性数值分析方法

针对振动传感器-安装座-整流机匣构成的振动测试构件系统的固有频率,从不同边界处理方式,振动传感器、安装座和整流机匣的结构尺寸及质量等方面进行分析,给出了各方面影响结果的对比,确定了振动传感器安装座的振动数值分析方法。利用敲击法,对振动测试构件系统在发动机装配条件下的固有频率进行了测试与响应分析,验证了该数值分析方法的有效性。     

过盈配合应力分布超声测量与连接力预测

为了实现过盈配合应力分布的测量和连接力预测,以超声波脉冲反射法原理为基础,建立了超声测量系统及标定装置。首先,利用标定装置对反射系数的影响因素进行了分析。然后,用所搭建的超声测量系统测量了3种过盈量(6μm,12μm和18μm)的应力分布,并根据测量结果实现了连接力的预测。最后,通过压出实验对预测结果进行了验证。研究表明,耦合剂、粗糙度的大小和纹理方向及覆型边界是影响测量精度的关键因素。本文建立的覆型边界误差分析模型可以实现测量误差的预测及补偿。应力分布测量结果能够有效反应配合面间的接触状态及缺陷,连接力的相对误差小于16%。因此,本文所建立的分析方法和测量系统可以实现应力分布的准确测量与连接力的可靠预测,并为过盈组件配合质量与连接力的可靠评估提供了技术支撑。此外,本文的研究方法具有普遍的适用性,对实现不同接触面间应力的测量具有一定的指导意义。     

机匣类零件几何变形测量方法的研究与探索

针对机匣类零部件的几何变形测量问题,本文基于组合测量原理,提出了一种通过采集每个安装节处的变形量而获取机匣总体变形参数的技术方案.首先,分析了被测涡轮后机匣的结构特点,建立了机匣几何变形的数学模型并进行了公式推导,解算出了变形后的机匣轮廓形状与偏心位移的表达式;而后应用多台激光位移传感器搭建了非接触式的机匣几何变形精密...     

带有安装边螺栓连接结构的机匣包容能力研究

为了研究带有安装边螺栓连接结构的机匣对断裂叶片的包容能力,截取环形机匣中的安装边螺栓连接结构,开展有限元仿真和冲击试验。首先,使用LS-DYNA软件建立有限元模型,研究撞击角度、撞击位置、定距套和止口对机匣安装边螺栓连接结构抗冲击能力的影响。仿真结果表明：撞击位置、撞击角度、定距套和止口都对结构的抗冲击能力有显著的影响,当叶片撞击在单侧机匣的安装边位置时结构的抗冲击能力最弱,定距套和合理的止口设计都能够有效提高结构的抗冲击能力。然后,通过机匣安装边螺栓连接结构的抗冲击试验,验证了数值仿真方法的准确性和可靠性,为数值仿真结论的有效性提供了依据。最后,通过数值仿真分析了螺栓断裂过程,并结合试验分析揭示了螺栓发生剪切断裂和拉伸断裂的原因。     

螺栓连接对发动机机匣装配同心度及动力特性的影响

航空发动机机匣为薄壁圆筒结构,螺栓连接紧度及分布对其装配同心度及动力特性影响较大。本文建立了发动机压气机机匣的三维有限元模型,通过ANSYS模拟螺栓预紧力,分析螺栓紧度分布及加载顺序对机匣装配同心度的影响规律。同时,利用有限元技术分析螺栓蠕变松弛对机匣同心度的影响,得到螺栓应力随时间变化规律。研究结果对航空发动机机匣装配质量提高及机匣静子系统动力特性计算具有一定的参考价值。     

两种动态压力测量装置试验对比研究

针对齐平安装与准无限长管两种动态压力测量装置的结构特征,设计了多种动态压力探针。采用正弦压力发生器进行动态压力特性标定,量化了工程应用中两种结构的不同感压管腔对动态压力测量误差的影响,并在发动机总压畸变试验中进行了对比研究。结果表明,齐平安装结构中,传感器安装引起的小容腔对动态压力测量误差影响不大;准无限长管结构中,感压管腔的存在会导致动态压力幅频特性波动、相位滞后,且波动量与感压管腔长度正相关,相位滞后与感压管腔大小呈线性特征。     

压气机转子叶片表面动态压力测量的探索研究

将一个Kulite动态压力传感器埋入轴流压气机转子叶片50%叶高、25%轴向弦长位置,对该点吸力面动态压力进行了实验测量,并与CFD数值模拟结果进行了对比,为今后进一步测量转子表面静压分布和动态压力脉动积累了丰富的经验。实验中数据采集系统固定在压气机转轴上随其一起旋转,可以对压力信号直接进行采集、放大并存储。结果表明：①叶片表面静压实验测量值与计算结果吻合较好,说明测量结果是可信的;②可以成功地捕捉到转子叶片表面的非定常压力脉动,测量点非定常压力脉动的周期与转子转动周期相同。