火箭发动机涡轮叶片疲劳寿命可靠性分析

发布时间：2021-03-09 04:21

　　由于生产加工和使用过程中材料属性、结构尺寸以及工作载荷等的随机性,疲劳寿命通常存在较大的分散性。考虑结构几何参数、材料属性、工作载荷等变量的随机性,采用Monte Carlo模拟法与响应面法相结合,对液体火箭发动机涡轮叶片进行概率疲劳寿命分析,确定了涡轮叶片疲劳寿命可靠度模型,并分析了疲劳寿命对各随机变量的敏感度,以及变量分散度对疲劳寿命的影响。结果表明:疲劳寿命呈偏态分布;涡轮入口温度对叶片疲劳寿命影响最大,材料的低周疲劳性能参数对寿命影响较大,转速及热膨胀系数对寿命有一定影响,而其他参数对寿命的影响小;控制变量分散度是提高叶片安全寿命的有效途径,对单变量而言,控制涡轮入口温度分散度效果最显著。 

【文章来源】：火箭推进. 2020,46(02)

【文章页数】：7 页

【部分图文】：

疲劳寿命概率分析流程图

以某发动机涡轮叶片(图2)为研究对象,开展叶片热结构和动力响应分析。考虑到涡轮周向的循环对称性,取一个叶片进行仿真计算,为了合理施加约束和载荷,同时取部分叶冠和轮盘进行结构分析,计算模型如图3所示。对轮毂中心线上的节点施加径向约束,约束中心线下游端面中心轴半径范围内节点的轴向位移;对叶冠和轮毂周向面上的节点施加耦合约束,得到循环对称边界,约束轮盘突台周向面上节点的周向位移。热载荷和气动载荷施加到所有与燃气接触的面,包括叶冠表面、叶片表面及轮毂上表面,通过建立表面效应单元,将流场仿真得到的叶片对流换热系数、主流温度和气动压力插值到结构分析模型上。图3 涡轮叶片结构分析模型

涡轮叶片结构分析模型

【参考文献】：
期刊论文
[1]火箭子级垂直返回海上平台制导、导航和控制技术研究[J]. 康建斌,谢泽兵,郑宏涛,吴胜宝.  导弹与航天运载技术. 2016(06)
[2]法尔肯9可重复使用火箭发展综述[J]. 郑雄,杨勇,姚世东,陈洪波.  导弹与航天运载技术. 2016(02)
[3]基于模糊故障树和因子化分析的重复使用火箭发动机失效模式[J]. 侯金丽,金平,蔡国飙.  航空动力学报. 2014(04)



本文编号：3072236