发动机反推运动机构可靠性优化设计研究

反推装置作为现代民用飞机必不可少的减速系统,承担着飞机降落的重要任务,对飞机的安全飞行至关重要。根据叶栅式反推装置构型及其工作原理,本文建立了反推机构运动学理论模型。通过机构运动学仿真,验证了所建立模型的合理性与正确性。将阻流门在整个偏转过程中的最大角加速度作为优化目标,各部件满足几何运动关系作为约束条件,建立反推运动机构的确定性优化模型。与此同时,考虑反推运动机构的两种失效模式,将可靠性考虑到优化设计中,建立可靠性优化设计模型。在Matlab环境下对反推机构进行优化设计计算,结果表明,在满足可靠性约束的情况下,阻流门在整个运动过程中的角加速度得到了进一步的优化,且整个机构在运动中不出现干涉,整个反推力装置可以正常工作。本文建模流程与可靠性优化方法和结果可以为反推装置结构设计提供参考。

基于流固耦合的反推力装置负载特性

反推力装置负载特性是其运动机构及驱动作动器强度设计的基础,其中阻流门所受气动载荷及其应力分布计算是核心。以叶栅式反推力装置为对象,采用重叠网格方法实现阻流门和滑动整流罩的旋转以及平移运动网格划分,在STAR-CCM+软件环境下确定了流固耦合交界面的数据映射与交换关系,由此建立了反推力装置流固耦合数值分析模型。对反推力装置在飞机降落时正常打开和起飞滑跑紧急终止时应急打开两种动态过程进行仿真,结果表明:随阻流门旋转,阻流门所受气动载荷与等效应力快速增加,并在旋转角度为50°附近达到最大,且在应急终止起飞状态下打开反推力装置,阻流门承受的最大气动载荷是正常打开过程的3倍以上。

叶栅式反推力装置阻流门运动规律对气动性能的影响

在分析叶栅式反推力装置结构及工作原理的基础上,通过计算初步研究了反推力装置运动规律对风扇出口及阻流门上气动载荷的影响.计算结果表明,反推力装置打开时,运动规律直接影响风扇在反推力装置打开/关闭过程中工作点位置,运动规律3,4分别适合风扇外涵喘振裕度较大、较小发动机的反推力装置选用;各运动规律中,阻流门气动载荷在阻流门开始转动瞬间加载.

反推力装置运动学与动力学仿真

为了研究叶栅式反推力装置各部件在工作过程中的运动学与动力学特性,根据机构运动原理对反推力装置进行简化并建立了运动学与动力学数学模型。以滑动整流罩位移与阻流门所受气动负荷为输入进行运动学与动力学仿真,得到了反推力装置各部件的位移、速度及受力特性曲线,并对比分析了在不同尺寸参数下各部件特征点的运动轨迹和反推力装置负载力变化。结果表明:运动学及动力学仿真结果与工程实际相符;反推力装置机构参数选择不合理时,各设计点会发生干涉现象并导致机构无法运动;机构参数变化对负载力最大值影响尤为突出,在阻流门AC段长度值增大6%,阻流门CB段长度值减小9%的情况下,负载力正向最大值将增大19.53%,负向最大值增大12.67%。研究方法及研究结果可为反推力装置运动学及动力学分析,以及为反推力装置机构优化设计提供参考。

反推力装置结构优化设计

根据叶栅式反推力装置结构及其工作原理,建立了反推力装置运动学与动力学数学模型,以此为基础,取反推力装置对作动系统的最大负载力极小化为目标函数,装置各运动机构满足几何关系为约束条件,建立反推力装置结构优化模型。通过反推力装置运动学及动力学仿真,并分析在不同结构参数下反推力装置运动学及动力学特性,验证了所建立模型的合理性与正确性。在Matlab环境下采用惩罚函数法对反推力装置进行结构优化设计,结果表明:优化后的反推力装置正向最大负载力下降了24.5%,负向最大负载力下降了16.3%,且各个机构运动不出现干涉,整个反推力装置可正常工作。论文建模方法与优化结果可为反推力装置结构设计提供参考。