不同预紧力分散度条件下螺栓止口连接组件有限元分析

螺栓止口连接是航空发动机中常见的连接形式,在现有工艺技术条件下,螺栓预紧力往往存在较大分散性,加剧了航空发动机力学性能的波动。利用ANSYS Workbench有限元软件对不同预紧力分散度条件下的螺栓止口连接结合面Von Mises等效应力分布及组件刚度进行了仿真计算。按照工程经验设置了5组预紧力分散度值,并针对每组分散度随机生成一组对应的螺栓预紧力数值,实现对工程实际中预紧力分散度情况的模拟。然后分析了结合面的应力分布情况,通过对组件分别施加轴向载荷、径向载荷和扭转载荷,获得了组件轴向刚度、径向刚度、扭转刚度变化曲线,最终得到预紧力分散度对螺栓止口连接组件刚度的影响规律,为预紧力分散度的控制提供了理论参考依据。     

弹性波纹环减振轴承设计与分析

设计了一种圆周周向呈现正弦波纹状的弹性圆环轴承阻尼器,与滚动轴承耦合到一起,实现轴承减振吸能功能。建立了弹性波纹环减振轴承的力学模型,利用有限元方法对该减振轴承进行力学性能分析,研究了弹性波纹环几何参数对其应力分布和径向压缩刚度的影响以及弹性波纹环的减振吸能效果。结果表明：与弹性凸台环比较,弹性波纹环的应力分布有了很大改善,在给定工况下,最大Mises应力从1 356 MPa降低到464 MPa,应力减小了64%,消除了应力集中现象;弹性波纹环的厚度、波纹周期数和弹性环直径对弹性环的应力和刚度影响显著。弹性波纹环的引入大幅度降低了轴承在振动冲击时受到的冲击力。     

航空发动机转子轴向力动态特征测试技术

以航空发动机止推轴承轴向力为研究对象,基于应力环法的测量原理,发展出一种新的适用于转子轴向力动态特征测试技术。基于固支梁模型设计了扇形支点的应力环传感器,通过理论分析和有限元仿真验证结构设计的合理性,并对应力环传感器测量的灵敏度和静态特性指标进行量化表征。某型航空发动机整机轴向力试车结果表明:转子轴向力中存在不可忽略的动态交变载荷,其峰值与轴向力稳态值的比值为6%~29%。频域分析发现,引起轴向力动态交变载荷的频率成分包括转速基频、转速2倍频及34、68 Hz。相位分析表明,34 Hz与68 Hz引起的动态交变载荷使应力环传感器周向测点的时域波形发生相位同步变化,符合轴向的振动特征;转速基频与2倍频引起的动态交变载荷则沿应力环传感器周向进动变化,符合转子不平衡特征。      

涡扇发动机轴向定位弹性环优化设计

针对涡扇发动机轴向弹性环(安装于4#轴承前端,起轴向定位作用)使用后存在较大残余变形导致轴向定位不可靠的问题,通过力学解析法和有限元计算方法相结合的方式,提出了轴向弹性环优化目标函数,对该轴向弹性环的应力、刚度进行优化设计,得到了符合工作条件相对合理的优化方案。相对于原弹性环,优化后的弹性环工作后残余变形明显减小,有效解决了4#支点处轴向定位不可靠的问题。此优化方法可为其他类似弹性环的优化提供参考。     

封严间隙对盘缘密封性能影响的数值研究

通过对真实工况下高压涡轮的盘缘封严进行三维数值模拟,研究了3种不同轴向间隙和径向间隙对封严效率和盘腔内流场变化特性的影响规律,结果表明:针对复合封严结构及研究参数范围,由于静盘封严环将盘腔划分为封严外容腔和封严内容腔,而封严外容腔可以有效地将主流燃气阻隔在内,因此封严内容腔具有较高的封严效率。当轴向间隙增大时,封严环轴向重合度会逐渐减小,同时冷气出流阻力降低,盘腔的封严效率因而提高。当轴向间隙一定径向间隙逐渐减小时,封严外容腔径向距离减小,此时盘腔低半径处封严效率升高。     

某型航空发动机燃气涡轮转子组件有限元分析

在某型航空发动机试车后,发现涡轮盘、导流盘和封严环组件的压紧螺母与封严环之间出现间隙,为此,对该组件进行了有限元计算分析。计算中考虑了接触、过盈配合及摩擦力,探讨了压紧螺母松动的原因,提出了改进措施,并在实践中进行了验证。     

航空发动机高压转子前轴承刚度特性分析

为了得到航空发动机高压转子前轴承刚度随发动机工作状态的变化规律,建立了该轴承的刚度分析模型,引入了轴承内、外环配合参数、离心效应、热效应以及联合载荷对轴承刚度特性的影响,数值分析了该轴承的刚度随轴承内、外环配合参数、转速、轴承工作温度及外载荷的变化规律。结果表明,轴承的径向刚度、轴向刚度和角刚度,随轴承内、外环过盈配合量增大而增大,随转速、工作温度和弯矩的增大而减小;径向力增大,轴承的径向刚度增大,轴向刚度和角刚度减小;轴向力增大,轴承的径向刚度减小,轴向刚度和角刚度增大;轴向载荷对该轴承的刚度影响最大。     

航空圆弧端齿的齿根双圆弧结构设计及优化

针对航空发动机圆弧端齿结构齿根单圆弧连接区域存在比较严重的应力集中问题,提出一种圆弧端齿结构齿根双圆弧设计方法,以改善齿根附近的应力集中现象。文中推导建立了双圆弧设计的基本公式,算例对比分析表明双圆弧设计的齿根最大等效应力比单圆弧设计降低了5.5%。在此基础上,根据EGD-3应力标准和格里森圆弧端齿设计准则,建立圆弧端齿结构的优化模型,采用精英保留遗传算法的优化方法对圆弧端齿进行了优化设计分析,优化结果表明双圆弧优化设计的齿根最大等效应力比单圆弧设计降低了12.3%,同时改善了齿根附近的应力分布状态。     

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。     

航空工艺所推出封严金属蜂窝环

一种高效、先进的金属蜂窝环封严结构,1991年底由北京航空工艺研究所研制成功。专家们认为,该所的蜂窝拼焊技术填补了国内空白,所研制的蜂窝环完全可以替代进口,有关方面已决定将在新研制的航空发动机上采用这种封严蜂窝环。     

涡轴发动机空中停车故障分析与验证

针对航空涡轴发动机在使用过程中发生的空中停车故障,通过对损伤件及其断口进行宏观和微观检查、金相组织观察、化学成分分析,以及损伤件的温度分析和磨痕对比,确定了首断件。结合发动机参数分析和质量复查,查明故障原因为发动机返厂检修重新装配时,前篦齿封严环与导流盘在规定的压紧螺母拧紧力矩下轴向压缩量偏小,在高转速状态出现轴向间隙,前篦齿封严环松动;前篦齿封严环与静子封严环径向间隙不均匀,切向摩擦力增大造成前篦齿封严环与导流盘相对转动而剧烈摩擦,局部温度升高,导流盘破裂,导致发动机空中停车。通过计算和螺母拧紧力矩试验进一步研究了故障机理,并针对故障机理开展部件和整机模拟试验,复现了故障现象。     

航空发动机中“W”形金属密封环的设计方法

针对密封性和强度,对“W”形金属密封环的压缩率选取范围进行研究。在压缩率确定的基础上,优化“W”形金属密封环所在处机匣的轴向间隙,探究“W”形金属密封环关键结构参数对强度的影响,基于灵敏度分析对“W”形金属密封环的结构参数进一步优化;研究“W”形金属密封环屈曲及轴向刚度间的关系,并采用刚度实验校核模拟结果,为评估屈曲临界载荷提供支持。结果表明:在该典型工况下,“W”形金属密封环的压缩率合理范围为3.2%～6.08%;壁厚对最大等效应力影响最大,最终优化结果为壁厚增大5.0%,波峰、波谷半径增大9.0%,接触半径增大7.7%,圆环外径减小5.8%,最大等效应力减小5.7%;屈曲“W”形金属密封环载荷与轴向刚度线性相关。      

不同支承结构下同转/对转中介轴承的刚度特性

中介轴承是耦合双转子航空发动机的关键部件，为了探明中介支承结构特征、装配条件和发动机工况对中介轴承刚度特性的影响，建立了中介圆柱滚子轴承刚度特性分析模型。模型综合考虑了中介支承结构形式、轴承内外环相对旋转方向、内外环配合参数、内外环锁紧螺母拧紧力矩、轴承工作温度、发动机转速、径向载荷和弹性流体动力润滑等方面的影响，分析了某型机中介轴承的径向刚度随各参数的变化规律。结果表明，内外环配合参数和发动机工况对中介轴承的刚度影响较大，设计时应考虑刚度变化对转子系统动力学特性的影响；中介轴承刚度对锁紧螺母的拧紧力矩不敏感。另外，中介轴承刚度同中介支承结构形式及内外环的相对旋转方向密切相关，设计时应结合气动性能和结构动力学的要求合理选取，避免对发动机的可靠性造成不利影响。     

Optimization on cooperative feed strategy for radial–axial ring rolling process of Inco718 alloy by RSM and FEM

During radial–axial ring rolling process,cooperative strategy of the radial–axial feed is critical for dimensional accuracy and thermo mechanical parameters distribution of the formed ring.In order to improve the comprehensive quality of the ring parts,response surface method(RSM) is employed for the first time to optimize the cooperative feed strategy for radial–axial ring rolling process by combining it with an improved and verified 3D coupled thermo-mechanical finite element model.The feed trajectory is put forward to describe cooperative relationship of the radial–axial feed and three variables are designed based on the feed trajectory.In order to achieve multiobjective optimization,four responses including thermo mechanical parameters distribution and rolling force are proposed.Based on the FEM results,RSM is used to establish a response model to depict the function relationship between the objective response and design variables.Through this approximate model,effects of different variables on ring rolling process are analyzed connectedly and optimal feed strategy is obtained by resorting to the optimal chart specific to a constraint condition.     

密封结构中超弹性接触问题的有限元分析方法

给出了不可压缩超弹性橡胶密封材料轴对称大变形的分析计算方法,利用基于接触面的罚单元算法,采用有限元分析方法对固体发动机密封结构进行了计算,对密封界面上的接触压应力分布规律进行了研究,为橡胶密封件的设计计算提供了一条新途径。     

活性剂等离子弧焊焊接电弧与电弧力

 针对活性剂等离子弧焊焊接过程,对焊接电弧外形的变化,焊接电弧力与活性剂之间的关系进行了研究,并建立了活性剂等离子弧焊焊接电弧轴向压强模型。研究结果表明:活性剂等离子弧焊焊接电弧收缩,弧尾翼消失,尾焰加大,电弧穿透力增强,电弧电压升高;活性剂等离子弧焊焊接电弧的温度分布比较紧凑,温度场外形窄,温度分布范围较集中,电弧径向温度梯度较大;活性剂等离子弧焊焊接电弧力的分布半径减小,压力峰值增大。     

Storage life of silicone rubber sealing ring used in solid rocket motor

It is urgent to carry out detailed research on storage performance of rubber sealing ring to get the criterion for its storage life. This paper acquires material ageing regularity by theoretical analysis and experimental confirmation. On this condition, failure mode and failure criterion of typical sealing structure is studied, and the failure mechanism is found. Thus by analyzing the stress distribution, the relationship between ageing state and sealing condition is established. Rationalization proposal is put forward and storage life of sealing ring is evaluated. The research mentionedabove has special reference to the design of sealing structures and can provide reference for prolonging their service life.     

某型燃气轮机封严盘疲劳裂纹机理分析

为了系统研究某型燃气轮机封严盘疲劳故障的现象、机理、特点和原因,进行了封严盘故障损伤痕迹、断口形貌、材料成分、金相组织等分析;同时进行了强度(应力)和模态振动特性方面的有限元计算研究,在此基础上进行了共振特性分析。分析结果表明:该封严盘结构设计存在薄弱环节,其均压孔孔边径向应力水平高,孔边表面状态不佳,在一定振动应力作用下,均压孔边容易产生高周性质的疲劳裂纹。对防止某型燃气轮机封严盘产生疲劳裂纹失效提出修理和使用中应控制的要点。