基于温度和转速的高压涡轮叶尖间隙瞬态响应研究

发布时间：2022-04-28 22:06

　　航空发动机的高压涡轮叶尖间隙对发动机工作效率和安全性具有重要影响。无论发动机稳定工作还是变工况工作,叶尖间隙的研究都十分必要,对航空发动机的安全性及可靠性都有重大意义。本文根据高压涡轮间隙的形成特点,利用Solidworks软件建立涡轮叶片、涡轮盘,机匣实体三维模型,并将其导入ANSYS Workbench中进行数值分析。采用热固耦合有限元分析方法,在保持最大起飞功率条件下进行了稳态分析。结果表明:叶片和涡轮盘在保持最大起飞功率稳态情况下时,涡轮叶片和涡轮盘径向伸长受温度载荷的影响比受离心载荷的影响大;机匣受热影响主要集中在机匣中段,通过冷却系统对这部分区域进行冲击换热来减小热应力和热变形是非常有必要的;在温度载荷的作用下,机匣最大径向伸长部位在后安装边缘位置,利用加强肋可以有效的减少机匣与衬环挂钩处的径向伸长。在稳态分析的基础上,对某型航空发动机QAR（数据快速存取记录器）采集的数据进行瞬态下高压涡轮间隙计算,同时分别对叶片、轮盘和机匣的变形进行数据分析,进而得出高压涡轮间隙的瞬态变化规律。在计算中考虑了材料形变、温度和离心载荷的非线性,复杂的温度边界条件。分析结果表明:在飞机地面慢... 

【文章页数】：78 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
abstract
注释表
缩略词
第一章 绪论
    1.1 引言
    1.2 课题研究背景意义
    1.3 国内外研究现状
        1.3.1 发动机稳态叶尖间隙分析方法
        1.3.2 高压涡轮瞬态叶尖间隙分析方法
    1.4 高压涡轮部件的典型结构
        1.4.1 高压涡轮叶片的典型结构
        1.4.2 高压涡轮轮盘的典型结构
        1.4.3 高压涡轮机匣的典型结构
    1.5 本文主要研究内容
第二章 Solidworks软件与数值计算方法
    2.1 模型的建立
        2.1.1 涡轮叶片模型建立
        2.1.2 涡轮盘模型建立
        2.1.3 机匣模型建立
    2.2 有限元分析理论基础
        2.2.1 有限元基础及软件介绍
        2.2.2 有限元分析的理论及步骤
    2.3 热固耦合分析方法
        2.3.1 热固耦合分析理论基础
        2.3.2 热固耦合分析步骤
    2.4 本章小结
第三章 HPT间隙的数值计算理论
    3.1 高压涡轮间隙数值计算理论
    3.2 高压涡轮热边界
        3.2.1 温度载荷获取
        3.2.2 热边界条件
    3.3 高压涡轮力边界
    3.4 本章小结
第四章 高压涡轮稳态叶尖间隙仿真计算及分析
    4.1 Workbench简介
        4.1.1 分析模块的选择
        4.1.2 设置材料属性
        4.1.3 网格的划分
    4.2 高压涡轮热固耦合仿真计算及分析
        4.2.1 叶片的径向伸长量仿真计算及分析
        4.2.2 涡轮盘的径向伸长量仿真计算及分析
        4.2.3 机匣的径向伸长量仿真计算及分析
    4.3 涡轮叶尖间隙计算
    4.4 本章小结
第五章 高压涡轮瞬态径向间隙计算分析
    5.1 瞬态间隙的计算方法
    5.2 计算工况
    5.3 高压涡轮径向位移变化规律
        5.3.1 轮盘的径向位移变化规律
        5.3.2 叶片的径向位移变化规律
        5.3.3 机匣的径向位移变化规律
    5.4 高压涡轮间隙的变化规律
    5.5 HPTACC下的高压涡轮间隙规律
        5.5.1 HPTACC理论基础
        5.5.2 HPTACC间隙的变化规律
    5.6 本章小结
总结与展望
参考文献
攻读硕士学位期间发表学术论文情况
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]航空发动机热态下不均匀叶尖间隙的热固耦合分析[J]. 曹惠玲,汪晗.  机械设计. 2019(10)
[2]GE公司民用航空发动机发展战略[J]. 索德军,邹迎春.  航空发动机. 2019(02)
[3]考虑主动间隙控制的涡轮叶尖间隙建模计算研究[J]. 周骁,张海波,王继强,宁景涛.  推进技术. 2015(07)
[4]民用大涵道比发动机叶尖间隙控制结构设计分析[J]. 张清,郝勇,霍枫,牛坤.  沈阳航空航天大学学报. 2014(02)
[5]航空发动机叶尖径向间隙研究进展综述[J]. 胡延青,申秀丽.  航空发动机. 2014(01)
[6]高压涡轮主动间隙控制机匣内部换热特性试验[J]. 张井山,毛军逵,李毅,沈毅,陆海鹰.  航空动力学报. 2014(02)
[7]高压涡轮瞬态叶尖径向运行间隙计算分析[J]. 费成巍,白广忱,范觉超.  航空制造技术. 2013(19)
[8]基于气热固耦合的涡轮模态分析[J]. 陶海亮,郭宝亭,谭春青.  振动.测试与诊断. 2012(06)
[9]机动飞行下的涡轮叶尖间隙动态变化规律[J]. 贾丙辉,张小栋,彭凯.  航空动力学报. 2011(12)
[10]航空发动机压气机径向间隙设计方法研究[J]. 张少平,苏廷铭,罗秋生,范小洪.  燃气涡轮试验与研究. 2011(04)

硕士论文
[1]HPT叶尖间隙的热固耦合分析及对EGTM的影响研究[D]. 汪晗.中国民航大学 2019
[2]高压涡轮机匣典型结构热固耦合优化设计[D]. 戴雄.南京航空航天大学 2016
[3]高压涡轮叶尖间隙数值计算与分析研究[D]. 王志豪.南京航空航天大学 2006
[4]涡轮叶尖间隙数值分析和冷热态尺寸换算方法研究[D]. 牛冬生.南京航空航天大学 2004



本文编号：3649626