虚实结合的“航空发动机结构分析与设计”实践课教学模式探索

“航空发动机结构分析与设计”课程是飞行器动力工程专业学生的核心专业课。实践教学是帮助学生深入了解航空发动机结构特点、掌握结构设计基本原理的重要环节,是培养学生利用所学知识解决实际问题能力的关键途径。针对课程实践教学的培养现状与存在的问题,提出了改善意见及实践措施,促进了航空发动机专业卓越工程师培养目标的实现。

“三全育人”背景下“航空发动机结构分析与设计”课程思政设计与案例式教学探索

“航空发动机结构分析与设计”课程在飞行器动力工程专业人才培养体系中占有重要地位,尤其在培养学生使用专业基础课知识解决航空发动机结构实际问题方面具有重要的意义。鉴于该课程的重要性,应当积极推进课程思政建设,将思政元素与专业知识有机融合,在传授学生专业知识的同时培养其航空报国情怀,树立学生正确人生价值观。基于“航空发动机结构分析与设计”课程特点,通过优化思政元素与专业知识体系的关系、完善教学内容设计、采用翻转课堂创新教学模式等途径,实现了思政教育与课程教学各环节的有效融合,建立了全过程、全方位的课程思政体系。

航空发动机聚四氟乙烯软管扣压结构设计研究

为了开展航空发动机用聚四氟乙烯软管扣压结构技术研究,建立了聚四氟乙烯软管扣压结构有限元仿真模型,给出不同的扣压量进行仿真计算,得到接触应力,以接触应力作为衡量聚四氟乙烯软管爆破压力的标准,并进行了爆破试验,通过试验与仿真进行对比,验证仿真方法的有效性。仿真与试验结果表明:扣压量和爆破压力在一定范围内正相关,但超过该扣压量后,扣压接头处聚四氟乙烯内管会因承受过大的应力而发生破坏,因此扣压量选择必须在合理的范围。

越野车发动机支架结构设计与模态分析

越野车行驶工况极其复杂,通常在弯曲、扭转、紧急加速和制动等工况下工作,因此对发动机的要求较高。发动机采用支架与车架相连的方式进行固定,其产生的振动会影响固定方式的稳定性。该文以某款越野车发动机支架为研究对象,利用三维设计软件对发动机支架进行结构设计,并分析结构的合理性,同时利用Ansys有限元分析软件对所设计的结构进行静力学分析和模态分析,以保证车辆发动机运行的稳定性与安全性。

航天器发动机推力支架桁架结构的有限元分析与优化设计

对某航天器上的推力支架结构和承载状态进行了分析 ,设计了一系列桁架结构 ,以碳纤维 /环氧复合材料管件作为桁架结构的组成构件 ,采用有限元分析软件Ansys7.0对桁架结构的尺寸进行了优化 ,并优选出桁架质量和载荷相同条件下承载性能最好的桁架结构形式。

航空发动机结构设计中可装配性案例分析

为提高航空发动机的可装配性,保证产品质量,改善生产效率,从结构设计出发,针对现有分组、非均布、防错、考虑工装与工具等设计方法,结合典型案例进行装配工艺分析和总结,指出应当在发动机产品设计初期对形状、结构、连接等进行可装配性分析,总体上提高质量和一次性装配成功率。提出结构轻量化、连接自动化、虚拟预装配是今后发动机设计的重要方向。

航空发动机喷管隐身修形设计技术分析

介绍了国外航空发动机喷管隐身修形设计技术在轰炸机、战斗机及无人机上的应用,阐述了喷管隐身修形设计技术的基本原理及其在实现发动机红外隐身及雷达隐身方面的重要性。分析了喷管锯齿修形设计技术对飞机/发动机的气动特性、红外及雷达隐身的影响,着重分析了锯齿结构对高温气流核心区长度的影响,获得了飞机类型、作战目的、喷管类型等因素与喷管锯齿修形设计技术选取的关系,及2元喷管锯齿形结构与轴对称喷管锯齿形结构的设计原则。

复合材料发动机壳体结构分析与优化设计

研究缠绕复合材料发动机壳体在内压载荷作用下，承受强度约束的优化设计方法。对强度约束采用Ｔｓａｉ－Ｗｎ失效准则，使各铺层的强度比Ｒ都临界满足强度准则。从而导出最有利厚度的选代公式。通过算例表明，本文所提供的方法具有较高的效率，结构重量稳定下降。一般经过１～６次迭代计算即可达到优化设计。

航空发动机套齿结构动态装配关系稳健性优化设计

为了更加合理地优化发动机套齿结构的装配关系,使得动态装配关系在运转状态下对于载荷环境变化具有稳健性,对套齿结构进行了力学特征分析,动态装配关系时变特征的研究。利用Kriging响应面模型建立随机参数与装配特征参数之间的近似模型,进行了概率分析。构建当量装配质量损失模型,采用果蝇优化算法对套齿结构装配特征参数进行了稳健性优化设计。优化后的当量装配质量损失为0.0441,各动态装配特征参数向目标值趋近,并且随外载荷及材料参数的波动减小,降低了对随机变量的敏感度。

航空发动机柔性部件结构的热力耦合优化设计技术

先进结构优化设计的发展为发动机复杂结构系统的设计开辟了新的有效途径，满足复杂系统的多准则设计需求与综合性能指标要求，并达到缩短设计周期，降低研制成本特别是试验成本的目的。

航空发动机叶盘结构应力和变形的概率分析

为了更准确地描述航空发动机叶盘结构的变形以及控制的合理性,提出了1种高效、高精度的概率分析方法,即极值响应面法(ERSM,Extremum Response Surface Method),在分析中考虑了典型载荷(如热载荷和离心载荷)的动态性和边界条件的非线性等因素,合理地选取输入变量且考虑了参数的随机性和不确定性等,通过确定性分析得到叶盘结构的总变形和应力分布随时间的变化规律,同时找到其变形最大点作为概率分析的输入目标。通过科学合理的概率分析,不仅获得了其可靠度、拟合样本、样本直方图、极值响应面和累计概率分布函数并且对其应力分布和总变形进行灵敏度分析,得到了叶盘结构变形和应力分布的主要影响因素,同时给出了应力与总变形的相关性。最后,将ERSM与Response Surface Method(RSM)和Monte Carlo(MC)法进行比较分析,验证了ERSM在航空发动机叶盘结构分析中的有效性。

航空发动机典型结构概率设计技术

为满足先进航空发动机性能要求,越来越多的新材料如粉末合金、金属间化合物、陶瓷材料、复合材料等不断出现。这些材料在某些性能如强度、应力、密度等方面较传统金属合金有明显的改善,但是其材料属性存在许多不确定性因素和新的失效模式,采用确定性设计方法将产生较大的偏差。因而,对新材料、新结构、新工艺体系下的发动机典型结构更需要采用概率设计方法。

航空发动机风扇叶片凸肩的结构设计

统计了一些航空发动机风扇叶片凸肩的结构参数 ,探讨了凸肩的形状、位置、厚度、紧度、涂层等对叶片振动特性的影响 。

航空发动机转子结构布局优化设计方法

结构是航空发动机功能、性能及可靠性设计水平的综合体现,一切技术要求、性能指标、强度指标或者结构的安全性和可靠性都应建立在合理的结构布局设计上。提出了航空发动机转子结构布局并对其进行优化设计的观点,同时以典型高推重比涡扇发动机高压转子的结构构型为例,基于试验设计(DOE)的响应面法,应用有限元计算并通过多目标遗传优化算法,分别从抗变形能力、力学环境适应能力以及转子结构效率综合进行相关优化计算,论证了合理的结构布局形式可以大幅度提升转子的力学特性。研究方法对于航空发动机转子系统的初始结构布局设计具有指导意义,可以显著减少结构设计的迭代次数,缩短设计周期。

航空发动机结构参数化设计

介绍了航空发动机结构参数化设计方法,为发动机总体结构方案设计提供了简便、快捷、多方案选择的途径。参数化设计技术的运用将大大提高航空发动机结构设计的速度和质量。

航空发动机的新结构及其强度设计

本文首先对航空发动机结构发展进行了回顾,指出今后10～20年内发动机结构和材料应用方面的发展趋势;接着对推重比10一级发动机中采用的新结构及其强度设计技术进行了详细分析,预测了推重比12～15一级发动机中可能出现的新结构及强度问题;最后分析了发动机结构及材料与强度设计的相互依存关系。

航空发动机机匣—叶尖封严涂层结构设计及制备研究进展

可磨耗封严涂层的结构特性对涂层工作性能和服役寿命有重要影响,但缺乏这方面的系统介绍.封严涂层主要用于航空发动机机匣—叶尖之间的间隙控制,提升机匣与叶尖之间的气密性,并作为牺牲涂层来保护叶片叶尖,防止在叶尖与机匣碰摩过程中发生"硬碰硬"的碰撞.综述了多层多孔结构、蜂窝-涂层复合结构和纳米结构三种结构形式的封严涂层及其相应制备技术.发现多层多孔结构目前仍然是封严涂层的主要应用结构,这种结构主要通过在喷涂过程中调控涂层孔隙,达到涂层可磨耗性、结构强度、抗氧化和耐腐蚀等多种性能的平衡.结合蜂窝结构封严与可磨耗封严涂层各自的优点,设计和制备出蜂窝—涂层复合结构封严,这种结构能够提升封严的结构强度和抗氧化性.随着纳米技术的发展,设计和制备出纳米结构封严涂层,相比传统可磨耗封严涂层,纳米结构封严涂层表现出更好的综合性能.最后,提出纳米结构、仿生结构可能成为未来航空发动机可磨耗封严涂层结构设计的发展趋势,而3D打印技术的日趋成熟将能够制备出更加多样化的涂层结构.研究结果对可磨耗封严涂层的结构设计、制备和实际应用具有参考意义.

大功率车用发动机隔热活塞的结构设计及计算分析

活塞是发动机中工作条件最严酷的零件之一，其中活塞承受的热负荷对活塞的工作可靠性影响更大，它是发动机强化的一个严重障碍。因此，在大功率强化车用发动机研制过程中，研究设计隔热活塞，提高活塞承受热负荷的能力已势在必行。在大功率车用发动机隔热活塞的研究工作中先采用三维有限元分析程序，对隔热活塞进行了机械负荷和热负荷分析计算，获得了大量有用的数据资料，为正确合理地设计隔热活塞提供了依据。

车用发动机曲轴结构设计中的三维有限元分析

目的 建立曲轴参数化实体模型 ,对其进行有限元分析 ,找出比较合理的设计方案 .方法 利用特征技术建立曲轴实体 ,用有限元法对其进行静力分析 .结果 比较了两种方案的等效应力和主应力 .结论为曲轴结构设计提供了理论根据 ,选出了较好的设计方案 .

航空发动机三自由度装配平台结构设计

三自由度航空发动机装配平台是一种固定式设备,装配平台由垂直升降、俯仰旋转和轴心回转三个主要装置构成。其中可绕轴心线旋转的轴线回转装置中包含装卡装置,该装置采用C形环主体结构,C形环上安装有用于与航空发动机连接的装卡装置,改变装卡装置可实现不同型号发动机的装卡。垂直升降装置依附于平台机体,驮负全部运动质量沿垂直轨道上下移动。俯仰旋转装置介于垂直升降和轴心回转装置之间,实现自身转动的同时,将二者连接在一起。通过三装置的动作变化,可使其装卡的对象保持多种装配姿态。