基于知识工程的外涵机匣设计系统构建

外涵机匣作为航空发动机的主要单元体之一,其设计质量要求高,研制周期长。为提升外涵机匣的设计质量和效率,在传统设计方法的基础上引入了知识工程技术,构建了一体化外涵机匣设计系统。通过对外涵机匣设计的需求分析,提出基于KBE的外涵机匣设计系统研究思路,开发了设计流程驱动、知识融合、工具软件集成、典型结构快速设计以及数据管理等系统功能模块,提出了该系统在实际工作中的应用情况和后续发展目标。     

复杂载荷下复合材料机匣结构稳定性的数值分析

对某航空发动机复合材料外涵道机匣构件进行了结构有限元建模与线性屈曲特性的有限元分析.利用圆柱壳体耦合载荷的研究成果,分析了机匣在轴向压力、端部扭矩及内压组合作用下的屈曲行为规律,进而为航空发动机的结构设计提供了参考依据.     

复杂载荷下复合材料机匣结构稳定性的数值分析

对某航空发动机复合材料外涵道机匣构件进行了结构有限元建模与线性屈曲特性的有限元分析。利用圆柱壳体耦合载荷的研究成果 ,分析了机匣在轴向压力、端部扭矩及内压组合作用下的屈曲行为规律 ,进而为航空发动机的结构设计提供了参考依据。     

基于气动性能优化的某型发动机外涵机匣结构设计

为减少某型发动机外涵流道内的气流损失,以总压恢复系数较大、制造工艺性较好为优化目标,开展了某型发动机外涵机匣结构设计方案研究.提出了外涵机匣模型简化准则,采用流体计算仿真软件ANSYS Fluent14.0分别从对外涵机匣总压恢复系数有影响的外型轮廓、集线盒外型、半/全长整流罩等3个考核方面进行了数值仿真分析.通过比较计算结果,分别得出了3个考核方面最优的结构方案,分别为平直段-长扩张段-平直段、半圆-叶型、半长整流罩.提出的外涵流道模型简化准则以及优化气动性能选取合理结构的思路为涡扇发动机外涵机匣的设计与分析提供了借鉴和参考.     

穿过外涵机匣的管路结构设计

随着对航空发动机的引气、供油、点火、测试等功能要求的提高,穿过外涵机匣的传感器和管路数量大大增加,为降低外涵机匣拆装的难度,提高穿过外涵机匣的管路的可装配性,在原有管路的连接结构、密封结构、补偿结构、分解维护4个方面的结构设计基础上,设计了2种新型穿过外涵机匣的管路结构,新型管路具有结构简单、拆装便捷、安全可靠、互换性好等优点,可满足管路补偿和外涵机匣的密封要求。     

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。     

外涵调节对中介机匣性能影响的试验研究

以涡扇发动机中介机匣为研究对象,采用插入式堵塞调节环作为外涵调节装置,开展了不同外涵堵塞比下中介机匣性能的试验研究,分析了外涵调节对中介机匣进出口总压恢复系数、支板尾迹和涵道比的影响。结果表明:随着外涵流量的降低,外涵气体流动损失与附面层效应所占压力损失比重逐渐减小,而调节环对外涵流场的扰动造成的压力损失所占比重逐渐增加;堵塞调节环对内涵压力分布与压力损失基本无影响;堵塞调节环实现外涵流量与涵道比调节的同时,也改变了外涵压力的径向分布;由于堵塞调节环的影响,支板尾迹无法单纯地反映支板后径向压力的分布;几何涵道比大于0.388时,进口马赫数增大,外涵流量比重减小;几何涵道比小于0.243时,进口马赫数增大,外涵流量比重增大。     

大落差长度比中介机匣气动性能试验及数值模拟

为了考察中介机匣气动性能水平并验证设计方法,对中介机匣进行了气动性能试验,同时采用NUMECA Fine软件进行了相应的数值模拟。为了准确测量流过中介机匣内涵的气流流量,设计了一种流量测量装置并进行了精度校核,结果表明：测量精度的相对偏差小于1.5%。针对高进口马赫数时在进口平直段上两侧的壁面静压比中间区域小,以及某些涵道比未能调节到目标进口马赫数的情况,进行了相应的数值模拟并提出了解决方案。用单点总压管对内、外涵出口进行了扇面测量,得到了内涵的总性能曲线、总压恢复系数径向变化曲线及内、外涵总压恢复系数云图,并与计算结果进行对比,结果表明：内涵总性能曲线及内、外涵总压恢复系数云图的计算结果与试验结果吻合较好,在设计状态下,内、外涵出口测量截面的总压恢复系数分别为0.992 1、0.986,两数值均高于设计指标,中介机匣具有较好的气动性能。     

航空发动机外涵机匣结构建模方法研究

为适应航空发动机外涵机匣方案设计时外部附件、管路布局经常调整的特点,应用UG NX软件的自顶向下建模与WAVE技术,开发了1种新型高效、规范、系统的外涵机匣结构建模方法。结果表明:与传统建模方法相比,该方法设计效率大大提高,可供航空发动机类似结构设计借鉴。     

某型涡扇发动机外涵机匣焊点裂纹故障原因分析

针对某型涡扇发动机外涵机匣在外场的一起焊点裂纹故障,通过与外购原型机进行对比,从其结构、焊点外观和装配等方面对故障原因机理进行了安全性分析,采取了有效措施进行预防和控制,提高了修理质量,保证了飞行安全。     

骨架式压气机机匣仿真计算分析

为了实现通过改变压气机机匣材料、结构形式和加工手段,达到减轻压气机机匣质量的目标,依照骨架式结构设计思想,对某型压气机的机匣进行了骨架式结构的改进设计,即"桁架"式结构机匣,并针对这3种典型的结构机匣分别从静强度、模态和包容特性等角度进行了仿真计算和对比分析,得到了现阶段最优方案为圆形开孔机匣。结果表明:该类骨架结构可以实现在不影响机匣使用要求的前提下,将压气机机匣质量减轻10%~20%,有效提高发动机推重比。     

航空发动机复合材料机匣屈曲特性的有限元分析

复合材料是60年代出现的一种性能优异的新型材料,目前复合材料在航空航天结构领域里已得到了一些的应用。本文利用线性板壳理论和线性屈曲模型,针对某航空发动机树脂基复合材料外涵道机匣构件及此材料层合板进行结构有限元建模与屈曲特性的有限元分析,以期为航空发动机的结构设计提供参考依据。      

带三角形骨架加强结构机匣的刚度特性分析

对带三角形骨架加强结构的航空发动机机匣的主要结构参数进行分析,以机匣质量和刚度作为目标函数,建立了研究的变量和约束条件,并采用相似准则将其无量纲化。采用均匀试验设计方法生成样本建立试验组,并设立传统板壳机匣作为对比组,分别开展有限元数值试验。运用逐步回归法分析试验结果,形成了表征机匣刚度和质量的拟合公式,比较了该类机匣与传统板壳机匣的刚度特性,给出了各主要结构参数对机匣刚度的影响规律。     

航空发动机附件机匣结构设计及齿轮强度分析

以适应某型航空发动机功能要求设计的附件机匣为研究对象,将国内外先进设计理念融入结构设计和强度分析中。采用高可靠性结构设计方法进行齿轮、轴承等重要传动部件设计;分析了齿轮疲劳强度,考虑了壳体、轴的实际刚度对齿轮疲劳强度的影响,使分析结果更接近真实情况。该附件机匣随发动机累计试车超过300 h仍工作状态良好,表明其结构设计合理,能够满足发动机附件传动功能要求。     

胶接修复工艺的复合材料外涵机匣强度分析

航空发动机结构复材化是发动机减轻质量的主要途径。针对复合材料外涵机匣服役后的损伤特点，选用胶接修复工艺进行机匣修补。研究了不同胶接修复方法的修复效果和适用范围。基于三维渐进损伤方法，使用Abaqus软件建立了复合材料外涵机匣典型件胶接修复模型，对机匣危险区域损伤孔边和翻边处模拟了复合材料损伤的产生和演化，预测了使用填胶修复和预浸料修复的典型件模型静拉伸强度和实际机匣模型的静压缩强度。结果表明：损伤深度不超过厚度的10%时采用填胶修复以恢复气动外形，损伤深于厚度的10%至贯穿时预浸料修复能同时恢复机匣的强度和刚度。     

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。     

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。     

附件机匣壳体变形分析及轴承孔平行度计算方法

作为承力部件的附件机匣壳体,其变形会对附件机匣的安全性及可靠性产生影响。根据附件机匣的工作载荷,通过有限元分析的方法分析附件机匣工作下壳体受力变形情况,预先估计壳体变形对壳体支撑及定位精度的影响。并以有限元分析得出的轴承孔变形量为基础,根据空间向量理论,提出一种定量计算轴承孔平行度的方法,为附件机匣壳体的结构优化设计提供理论指导。     

航空发动机TC4机匣加工变形控制研究

航空发动机机匣零件的设计采用整体化、轻量化设计思想,使得结构复杂、规格尺寸大、薄壁特征多,而设计精度要求却在逐渐提高,机匣件加工后产生的变形问题尤显突出。探讨了薄壁结构机匣零件加工变形产生机理,提出分区去除余量控制加工变形的方法。使用Prism电子斑纹干涉钻孔残余应力仪测量了钛合金TC4机匣毛坯表层深度残余应力,通过有限元仿真结果预测出机匣毛坯内部残余应力分布规律。建立了机匣切削加工的有限元仿真模型并进行数值仿真,对两种工艺路线下的变形进行对比分析。最后,通过机匣的切削加工试验验证了仿真结果的正确性。