航空发动机燃烧室外机匣瞬态动力分析

瞬态动力分析是确定随时间变化载荷作用下的结构响应的技术分析,输入数据作为时间函数的载荷,输出数据是随时间变化的位移和其它导出量,如应力和应变[1]。燃烧室外机匣是发动机承力和混合传力的重要部件,承受各种动态载荷,分析其瞬态振动位移及应力应变的变化很有必要。采用UG建模和ANSYS有限元分析相结合的方法对航空发动机燃烧室外机匣进行瞬态动力分析。结果显示,该方法是有效的。

航空发动机燃烧室外机匣压力试验方法与系统

本文提供了一种对航空发动机燃烧室外机匣施加压力载荷的试验方法,设计并搭建了一套试验系统,解决了航空发动机燃烧室外机匣耐压强度验证的技术难题。本方法和系统较为真实的模拟了航空发动机燃烧室外机匣的受载状态,密封方式可靠有效,成功获取了燃烧室外机匣内壁测点处的应变数据,数据获取率100%。

某型航空发动机高导外机匣内壁轴向裂纹故障分析及其工艺改进

针对某型航空发动机高压涡轮导向器外机匣多发轴向裂纹故障的问题,通过机匣工况分析和仿真建模,确定机匣裂纹部位的受力情况;通过金相显微镜观察裂纹宏观及微观形态,确定裂纹起始部位;通过扫描电镜和能谱分析了解断口表面腐蚀产物元素成分分析,最终确定裂纹性质为高温蠕变-腐蚀裂纹,并给出了后期的工艺改进方向。通过在裂纹多发部位喷涂热障涂层,降低基体温度和阻隔燃气,显著降低了故障率。

航空发动机外涵机匣轻量化设计研究

为减轻外涵机匣质量,首先对外涵机匣进行质量权重分析,确定减重设计方向;然后建立外涵机匣轻量化设计流程,应用有限元分析软件分析外涵机匣壳体和环(纵)向安装边各结构参数对强度、质量的影响,得到影响机匣壳体、安装边质量的关键因素;最后对其关键因素进行多目标优化,达到轻量化设计目标。结果表明,通过采用轻量化设计,外涵机匣结构效率提升了17.9%,为同类机匣轻量化设计提供参考。

AИ25TЛК型发动机高压涡轮导向器外机匣的焊接修复

研究了焊接修复AИ25TЛК型发动机高压涡轮导向器外机匣在使用过程中出现的密集裂纹故障。重点研究微观组织状态对材料焊接性能的影响,以此为基础,解决应变时效裂纹的问题,完成了AИ25TЛК型发动机高压涡轮导向器外机匣的密集裂纹修复工作。焊接修复的零件均已装机使用,使用一个翻修周期后,其故障率和故障情况与新零件的状况一致。

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。

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。

某型发动机复合材料外涵机匣静应变测量技术

对某型发动机复合材料外涵机匣静应变测量进行研究,论述了测试中遇到的几个技术问题及其处理方法。

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。

树脂基复合材料外涵道机匣的研制与应用

为满足某型发动机的减重目标,开展了复合材料外涵道机匣的研制。主要从设计和生产加工两方面介绍了某型发动机复合材料外涵道机匣的研制和应用情况。根据外涵道机匣在发动机上的使用要求,从连接形式、材料选定、铺层原则、总体结构设计等方面介绍了外涵道机匣的结构设计流程,并通过仿真分析对设计方案进行验证;根据研制方案,从模具设计、壳体成型、机械加工成型和无损检验等方面介绍了成型制造流程。通过整机地面试车验证了研制的树脂基复合材料外涵道机匣满足发动机的使用要求。

航空发动机复材外涵机匣静热强度试验方法研究

目的提出一种飞机发动机外涵机匣静热强度考核试验方法,实现对高温环境下机械载荷与气流压力载荷同时作用时外涵机匣的强度考核。方法以典型外涵机匣模拟件为试验件,利用所设计的试验装置与外涵机匣模拟件合围成一套能够施加温度载荷、机械载荷以及内腔气压载荷的被试结构,在通过温度加载系统、静力加载系统和气压加载系统同时对被试结构模拟飞行过程中的真实工况环境。结果通过设计的试验能同时施加飞行过程中外涵机匣所承受的主要温度、机械及气流压力载荷。结论提出的静热强度试验方法,能够充分对航空发动机外涵机匣飞行过程中的综合环境进行地面模拟考核,取代以往金属外涵机匣考核的温度载荷等效方式,可实现对复材外涵机匣工艺件进行考核,为外涵机匣减重设计提供依据。

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。

耐温350℃以上复合材料外涵机匣模拟件的研制

采用热压罐工艺制备的复材外涵机匣模拟件为大尺寸带翻边筒体结构,由于结构比较复杂,且选用的聚酰亚胺BMP370树脂基复合材料受成型所需温度较高、压力较大和固化时间较长等不利因素影响,结构质量难以保证。本文从封装技术、模具制造技术和工艺等方面进行优化,较好地控制了外涵机匣模拟件的成型质量。通过无损检测、随炉件力学性能测试、T_(g)测试和热强度测试,结果表明:机匣无损检测合格,孔隙率控制在2%以下,高温力学性能达到室温的50%以上,T_(g)测试结果为430.2℃,满足设计要求。

树脂基复合材料外涵机匣结构设计与试验验证

为实现某航空发动机的减重目标,开展复合材料外涵机匣结构设计。依据总体设计要求,首先通过工作环境分析,完成了材料选择。其次开展机匣结构轻量化设计,基于经典层压板理论、蔡-希尔失效准则,开发了典型层合板极限强度的VBA计算程序,完成机匣壳体的铺层方案设计;通过UG二次开发,解决了金属安装座建模困难问题,提升了结构设计效率;通过在机匣壳体内壁面铺贴热防护膜和优化“卸荷腔”排气堵头结构等措施,完成机匣热防护设计。最后,完成了机匣装配性分析及热变形分析,并通过MATLAB编程实现了发动机工作任务剖面的外部载荷确定,完成典型结构及全尺寸机匣的静强度、疲劳试验验证。相比原钛合金机匣,新设计制造的复合材料外涵机匣减重效率达到27.8%,实现了设计目标;全尺寸试验和机匣的装机应用进一步验证了结构设计的可靠性。

航空发动机外涵机匣静强度试验技术研究

航空发动机外涵机匣工作时承受气体及机械载荷的综合作用,需具有足够的强度储备保证飞行安全。以外涵机匣后段为例,基于其承载特点,设计了一种外涵机匣后段强度试验加载方案并进行了加载结构有限元校核和试验验证。试验结果表明,加载方案可以满足外涵机匣后段强度考核要求。

某型发动机外涵机匣点焊缺陷原因分析

针对某型发动机外场使用中因点焊缺陷导致外涵机匣被撕开的故障,采用截面金相检查方法,对点焊熔核的位置、大小等进行分析;通过列举点焊缺陷的影响因素,结合实际故障,确定了点焊缺陷的主要影响因素;设计了故障模拟试验验证,查找了外涵机匣被撕开的根本原因.结果表明:电极磨损、上下电极不对中心及电极与零件接触产生电流分流等因素综合作用导致了焊点熔核偏移或未焊合.

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。

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。

某型航空发动机外涵机匣复合材料胶接修复后热振综合性能研究

研究了损伤深度为0.5mm的胶接修复典型试验件在不同温度下的热振综合性能,综合考核了温度、振动、受力方向等参数对复合材料胶接修补件的影响。研究结果表明,修复件在230℃和280℃的共振条件下,试验后修复区域胶粘剂与复合材料保持良好胶接状态,能够满足外涵机匣的振动试验要求,经该胶粘剂胶接修复的复合材料试验件具有较高的安全裕度。热振综合试验可有效考核胶接修复后的胶接强度,验证胶接修补的可靠性,为外涵机匣等复合材料构件的修复提供了试验考核理论依据。

发动机外涵道机匣加筋布局轻量化设计

针对某型发动机外涵道机匣的极致轻量化设计需求,首先以结构刚度最大化为目标,开展了薄壁机匣结构复杂工况下的加筋布局拓扑优化设计;进一步考虑机匣服役工况下的屈曲稳定性要求,系统性研究了工程常见4种加筋构型与结构抗屈曲性能的关联关系;最后,考虑制造工艺约束,建立了外涵道机匣的周期性加筋参数化模型,综合结构刚度、强度和稳定性要求,构建了基于加筋应力水平和结构抗屈曲性能等的综合优化设计目标,并开展了加筋尺寸优化设计。优化得到的外涵道机匣加筋设计方案较原始设计模型减重近40%,与1.3 mm等厚机匣相比,不仅满足结构刚度与强度设计要求,同时实现了结构外部压强临界屈曲载荷212.9%的提升,有效保障了发动机机匣严酷载荷工况下的服役稳定性。