BR700系列发动机高压压气机设计及结构特征

BR700系列发动机的10级高压压气机设计具有典型的民机构型,同时具有自身的特征。转子一分为二,前6级钛合金盘鼓采用电子束焊接成组件,后4级盘鼓与后鼓筒轴采用高温合金焊接成组件。前机匣为水平对开结构,后机匣为双层结构。叶片设计采用了带飞翼防泄漏结构的周向燕尾榫头转子叶片,及悬臂静叶。通过对BR700系列发动机研制及其高压压气机设计历程的介绍和高压压气机结构的解析,可加深对国外高压压气机结构设计技术的了解和吸收,促进国内结构设计技术发展,助推国内大发动机研制。     

加强盘式转子支承设计技术

针对航空发动机高速转子支承结构设计难点,以某加强盘式结构的高压压气机试验件为研究对象,基于该试验件具有转子跨距长、质量大、轴向力大的设计特点,分析转子支承方案设计要求和转子动力特性影响因素,总结了转子支承设计技术特点和需求条件;开展支承方案的确立及筛选设计,采用通过理论和数值计算分析优选出的1-1-1型支承方案,综合优化支点跨距、转子质量、支承刚度和支点阻尼4个设计变量,满足全转速范围内的性能录取需求。结果表明:优化方案在工作转速范围内存在2阶临界转速并均处于性能录取转速以下,应变能分别为9.3%和16%。试验件最终顺利完成了全部转速下的性能参数录取,在试验过程中运行平稳,整体振动水平较低,轴向力始终处于轴承承载范围,验证了转子支承方案的合理性。     

GE90-115B发动机结构设计特点分析

GE90-115B发动机是目前世界上推力最大的发动机,由GE90-94B发动机衍生发展而来.与传统的衍生发展不同,GE90-115B发动机的高压压气机减少1级,风扇转子支承作了重大改变,将1号滚珠轴承改为直径特大的滚棒轴承,滚珠轴承则置于风扇轴后端处.对风扇转子支承方式的变化作了深入分析,同时对风扇、高压压气机、低压涡轮、轴承等的结构设计改进进行了分析,可供航空发动机结构设计人员参考.     

民用间冷回热涡扇发动机高压压气机方案探索

间冷回热涡扇发动机为实现间冷和回热过程,其高压压气机布局与常规高压压气机布局有着较大差异。对间冷回热涡扇发动机高压压气机布局特点进行了分析,并在此基础上提出了1级轴流+1级离心的高压压气机布局方案。其数值模拟结果表明,该高压压气机设计点气动性能达到了指标要求,流场分布较为合理。同时,综合考虑气动、结构、工艺等因素,选择整体叶盘、整体大小叶片离心转子结构作为其初步结构方案。     

静轴式压气机结构设计与静力学性能分析

为满足小型无人机和导弹等航空器使用的航空发动机的要求,基于轴流式压气机结构,提出了一种主轴固定、内静子、外转子的新型“静轴式压气机”构型。通过对压气机基元级运动模型简化分析,建立了空气在压气机基元级压缩过程的动力学模型,确定两段压气机与中间泄气隔断结构参数,进一步计算得出各级出口温度变化曲线。结合理论计算,对静轴式压气机部件进行三维建模,运用Fluent软件验证基元级增压原理,并在Workbench软件中开展关键转子部件的静力学仿真与性能分析。结果表明：静轴式压气机整体采用前四级后五级的九级压缩方式,总压比达到12,静温变化量达到51.5℃,满足高增压比、分段燃烧的需求;压气机基元级数值模拟结果满足增压原理,应力应变满足强度要求,转子结构设计最大变形量较传统压气机减小,可以满足小型飞行器用压气机的设计要求。     

高压压气机低速模拟试验与随动位移测量机构设计

对压气机内真实流动缺乏足够的认识是分析和设计高性能压气机的主要障碍.高压压气机的低速模拟试验作为摸清高压压气机内部流动、提高高压压气机性能的有效手段,一直受到航空发达国家的重视.本文介绍了旨在改善高压压气机性能的低速模拟试验方法,分析了其优缺点,并根据试验要求设计了一套具有切向移动和径向移动两个自由度的旋转探针测量机构,用于低速压气机转子三维流场测量.     

SaM146的多级整体转子设计特点启迪

通过对SaM146高压压气机整体转子设计特点分析,阐述了用整体锻件机械加工的整体转子深内腔加工的方法和此种结构的优越性。     

某发动机高压压气机转子动平衡模拟件工装的设计计算

介绍了某型发动机高压压气机转子动平衡用模拟件工装的设计结构,利用UG三维建模和测量功能,详细说明了转子动平衡模拟件同时满足质量、重心、转动惯量在限定范围内的计算方法.     

多级轴流压气机内部噪声测试及频谱演化特征分析

主要研究压气机高压一级转子叶片出现非同步振动前后,压气机流道内部的噪声特性.利用声波导管系统,分别对某型涡扇发动机整机和压气机部件试验中压气机流道内部噪声进行了测量.对转子叶片振动前后噪声信号的频谱、特征频率处的声压级和总声压级的演化过程进行了详细分析,并与国外相关研究做了对比.分析结果表明:两种试验条件下压气机高压一级转子叶片出现非同步振动现象前后压气机流道内部噪声特性呈现相似的特征,进一步分析得知诱发压气机高压一级转子叶片非同步振动的声源可能仅存在于压气机局部范围内,激励可能是由气动力引起的并与旋转不稳定性有关.     

高压压气机盘瞬态温度场计算研究

为了对压气机轮盘疲劳寿命评估和结构优化提供相应的温度场数据,采用有限元分析软件ANSYS,建立了某型发动机高压压气机转子的二维整体模型,讨论了高压压气机不同部位的边界条件和旋转盘腔内换热的规律,对高压压气机在发动机从慢车状态到最大状态下的瞬态温度场进行了计算,并分析了盘的径向温差随时间变化关系。计算结果表明：各级盘的径向温差产生在轮缘与盘中心孔附近的厚块之间;在温度场趋于稳定的过程中,径向温差先增大后减小;各级盘的最大径向温差随转子级数增加而增大。     

航改燃气轮机高低压压气机匹配技术研究

为适应航改燃气轮机研制需求,对其高低压压气机匹配技术进行了深入分析和研究.在完成设计压比相差大的高低压压气机设计特点和匹配特点研究基础上,利用多软件数值模拟和理论分析相结合的方法,制定了设计压比相差大的高低压压气机匹配的技术措施,并将技术措施落实到了全新设计的5级低压压气机设计中.5级压气机试验件试验结果全面达到或超过了设计指标要求,同时经燃气发生器技术平台验证结果表明:高低压压气机匹配良好,相关匹配设计技术为今后航改燃气轮机的研制提供了技术储备.     

基于思维导图方法的复合材料中介机匣设计

为了进一步降低中介机匣质量,达到下一代航空发动机总体给定的质量指标,应用复合材料对现有的全钛合金中介机匣进行改进结构设计。在目前中国复合材料性能与国际先进水平尚有一定差距的情况下,利用思维导图方法对中介机匣的功能和主要结构特征以及主要限制条件进行了详细分析,从工程实际角度出发,确立了复合材料中介机匣的结构设计准则,运用次要承力部位上使用复合材料的结构设计手段,完成了复合材料中介机匣的结构设计,实现了中介机匣减质约8%的目标,满足了总体指标要求。     

机匣螺栓连接分区域薄层单元建模方法

机匣连接的螺栓预紧力大小对其动力学特性影响较大。为更准确反映其接触刚度随预紧力的变化情况,采用分区域薄层单元方法代替螺栓连接部分,并基于螺栓连接超模型刚度理论、赫兹接触理论以及M-B分形模型,推导出不同螺栓预紧力下分区域薄层单元的弹性模量,模拟机匣连接部分的轴向接触刚度,给出螺栓连接机匣简化建模方法。并以1个螺栓连接试验机匣为例,对比在不同螺栓预紧力下机匣仿真频率与模态试验频率,最大误差仅为2.83%。结果表明:分区域薄层单元建模方法能够有效地对不同预紧力下的螺栓连接机匣进行简化建模。     

机匣法兰螺栓连接建模和密封性能分析

由于燃烧室机匣法兰螺栓连接处存在漏油问题,影响发动机的使用寿命和工作性能,还会污染环境、浪费油料。基于悬臂梁挠度变形理论,采用解析法推导螺栓连接结构挠度变形方程,建立优化连接结构密封设计的方法;在 ANSYS 中建立机匣螺栓连接精细有限元模型,计算法兰结合面在不同载荷形式下的轴向间隙分布;采用加强连接密封性的实施方案,通过数值模拟分析不同厚度密封圈的封严效果。结果表明：本文推导的方程能计算出法兰连接结构受载变形量,适用于连接结构密封优化,采用的方案能够解决实际工程应用中机匣法兰螺栓连接处漏油问题。     

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。     

盘一盘螺栓连接结构模态频率分析

基于ANSYSWorkbench软件,采用层单元法和多点约束技术,模拟了盘一盘螺栓连接结构的螺栓预紧力,对其进行了模态分析,并与试验结果进行了比较。研究表明：采用层单元法模拟螺栓预紧力的模态结果与试验结果吻合较好,为在预紧力作用下螺栓连接结构模态频率的有限元计算提供了1种有效方法。     

考虑接触热阻的非连续转子快速启动热分析

针对燃气轮机转子非连续性的结构特点，通过考虑粗糙表面的接触热阻，建立了螺栓联接结构的热 结构耦合分析模型。研究了快速启动过程中轮毂间接触面上的温度分布及最大应力的变化规律，并分析了表面粗糙度和预紧力等接触参数对接触面间的温度分布、拉紧力及最大应力的影响。结果表明:热冲击下粗糙表面间的接触热阻对接触面的温度分布及最大应力影响明显，接触参数对螺栓联结结构的温度场、应力场及热变形特性影响较大。研究成果可为燃气轮机转子设计、热致振动分析及故障诊断提供理论依据。      

螺栓联接结构模态频率有限元计算的简化方法

螺栓联接是机械结构中广泛采用的联接形式,而螺栓预紧力是影响螺栓连接结构的模态频率值的主要因素。通过对经典螺栓理论进行研究,提出了一种模拟螺栓预紧力的简化方法,并使用有限元软件对简化前后的螺栓联接结构进行了模态分析。研究表明,该方法模拟螺栓联接预紧力所得的模态频率的结果与模态试验结果吻合较好,并且与简化前螺栓联接结构的有限元计算结果有很好的一致性,并且计算速度有很大提高。表明所提出的方法可行,能满足工程要求,具有一定的应用价值。     

基于弹簧质量模型的复合材料螺接修理载荷传递计算方法

复合材料螺接修理具有操作简便,对连接件表面处理的要求不高,施工快速、性能可靠等优点,在复合材料的临时修理、尤其是战伤修理中应用较为广泛。然而其修理设计过程较为复杂,难以满足工程快速定参的需要。在螺接接头弹簧质量模型的基础上,针对蒙皮和补片等宽的情况,提出了一种复合材料螺接修理结构载荷传递比例计算方法。通过引入载荷按刚度分配的原则对模型进行修正,将模型进一步推广到蒙皮宽度大于补片宽度的情况。然后讨论了模型中不同弹簧刚度的计算方法。给出了采用细观力学方法以及均匀化方法等计算含损伤蒙皮等效刚度的计算方法,推导得到了规则排列多列螺栓连接中各排螺栓等效刚度的计算方法,并证明该刚度满足叠加原理。最后,以含圆形损伤孔的复合材料蒙皮板的螺接修理问题为例,对模型进行了考核,并与有限元法（FEM）预测结果进行了对比。结果表明：模型预测结果与有限元结果吻合较好,预测误差最大为7.7%。采用该模型可以高效、准确地实现复合材料螺接修理的分析设计。     

高速串行总线RapidIO与PCI Express协议分析比较

随着新一代嵌入式系统对数据传输能力要求的提高,高速串行总线有着越来越广泛的应用,RapidIO和PCI Express(亦称PCIe)是常见的选择。通过对这两种协议在整体工作机制及其特点、分层模型、拓扑结构、服务质量等方面的分析比较,为嵌入式系统设计中高速串行总线的选择提供参考。