某型APU涡轮导向器寿命及损伤机理分析

发布时间：2020-11-05 18:27

　　 APU以其低排放、高性能成为现代民航客机必不可少的配置。作为APU核心部件的涡轮导向器更是决定APU性能及寿命的关键部件。APU涡轮导向器受到从燃烧室排出的高温高压燃气的冲击,工作条件极为恶劣,因此涡轮导向器的故障往往影响到整个APU的运行,同时也决定APU的寿命。本文首先采用FMECA方法分析工作时间为6000小时左右的涡轮导向器的故障模式以及故障模式对APU的影响及危害程度,得出涡轮导向器的叶片裂纹及材料缺失会对整个APU的运行产生极大的隐患。其次通过采集得到的APU涡轮导向器使用时间数据,利用最小二乘法对采集数据进行拟合,得到最为符合涡轮导向器寿命分布的数据模型,经卡方拟合优度检验,确定APU导向器寿命分布服从威布尔分布,进而得到该威布尔分布模型的可靠度函数。利用得到的威布尔分布函数对APU涡轮导向器可靠性进行分析。最后利用ANSYS软件对APU涡轮导向器进行热力学分析。首先利用CATIA建立带冷却措施的涡轮导向器的三维模型,然后导入ANSYS中在相关边界条件下进行热力学计算。计算结果表明APU导向器的最大热应力为2.3GPa,位于叶片尾缘劈缝处的热障涂层的氧化层上。本文的研究结果对APU涡轮导向器的工程应用具有参考价值。
【学位单位】：沈阳航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：V228
【部分图文】：

但随着民航业的高速发展，对航空安全及维修维护提出了十三五”规划中要求运输航空每百万小时重大及以上事故率的运行安全提出了更高的要求。因此如何更加高效的保障飞性成为了关乎民用航空业发展的一个重要问题。力装置是现代飞机上独立于大型涡轮发动机，自成体系的小提供电力以及压缩空气。飞机辅助动力装置简称 APU（Au构与大型航空发动机类似，主要由进气道、压气机、燃烧成等部分组成，和飞机主发动机的结构基本相似，工作原理发动机，APU 结构简单，一般采用单级离心式压气机以及两机可以调节发动机转速，APU 启动后往往转速是恒定的，以于民航飞机而言，APU 是必不可少的一部分。而涡轮导向件，涡轮导向器的寿命及安全性极大的影响着整个 APU 的。因此提高涡轮导向器的可靠性以及高效的维修维护成为航。图 1.1 即为某型 APU 外观图。

图 1.2 单联涡轮导向器叶片损伤图却措施介绍了受到高温侵蚀，同时涡轮前压强也非常大，向器所处环境是极为恶劣的，必须采取必要的主要分为两大类：一类是发展新型材料，除了涂层材料进行研究；而另一类高温防护措施主面进行冷却。R.A.Rudey 等人认为在将来，通通道，从而降低叶片表面温度仍然会成为未来，下面对涡轮叶片中典型的冷却方式进行简单，欧美国家和我国都将热障涂层视为制造航空通过在涡轮叶片表面覆盖一层具有耐高温、高避免涡轮叶片基底直接暴露在高温环境下，以达-10]。但往往热障涂层先于叶片受损。影响热障涂面：零件结构外型复杂、涂层各个材料参数属性

闯觯?新值枷蚱饕镀?奈苍狄镀?笔В?霸瞪帐础Ｍ?1.2 单联涡轮导向器叶片损伤图1.3.2 涡轮导向器冷却措施介绍涡轮导向叶片除了受到高温侵蚀，同时涡轮前压强也非常大，使得高温燃气的冲击力极强。因此涡轮导向器所处环境是极为恶劣的，必须采取必要的冷却措施。涡轮导向叶片高温防护的措施主要分为两大类：一类是发展新型材料，除了研发新型高温合金，也包括对叶片的热障涂层材料进行研究；而另一类高温防护措施主要是通过采用空气作为冷却介质对叶片表面进行冷却。R.A.Rudey 等人认为在将来，通过将冷却空气注入航空发动机叶片的冷却通道，从而降低叶片表面温度仍然会成为未来一段时间航空发动机叶片的主流冷却方式，下面对涡轮叶片中典型的冷却方式进行简单介绍[6]。首先是热障涂层，欧美国家和我国都将热障涂层视为制造航空发动机热端部件的三大关键技术之一[7]。通过在涡轮叶片表面覆盖一层具有耐高温、高热阻率、具有很好化学性质的材料，可以避免涡轮叶片基底直接暴露在高温环境下，以达到抗高温、耐热震、耐化学腐蚀的效果[8-10]。但往往热障涂层先于叶片受损。影响热障涂层失效的因素很多，其中包括以下几个方面：零件结构外型复杂、涂层各个材料参数属性差别、生成氧化层、高温以及气流的腐蚀、高温蠕变以及疲劳等[11-15]。涡轮导向器往往采用多联叶片。而为了减少涡轮导向器叶片各个缘板之间的漏气损
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本文编号：2872019