某型航空发动机典型机匣安装边结构密封特性研究

发布时间：2017-08-22 02:19

  本文关键词：某型航空发动机典型机匣安装边结构密封特性研究

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【摘要】：航空发动机燃气密封特性对发动机增压比和工作效率有重要影响,机匣安装边高温燃气泄漏是航空发动机主要的气流泄漏源之一,本文研究内容对提升发动机性能具有重要意义。本文通过数值模拟与实验的方法对影响典型机匣安装边的泄漏因素进行了系统分析与研究。基于断裂力学理论,推导了法兰安装边泄漏压力与安装边应力关系公式,建立了三维有限元数值仿真模型,计算了在施加工作载荷的情况下试验件整体的应力特性,分析了法兰安装边的结构参数(安装边厚度、螺栓孔数量和螺栓直径)的改变、安装边联接螺栓预紧力的大小以及螺栓预紧力加载方案等对法兰安装边密封特性的影响。计算结果表明:安装边的泄漏压力随着螺栓数量以及预紧力的增加而增大,随着安装边厚度的增加而减小,随着螺栓直径的增加先增大后减小;交叉加载方案密封特性好于顺次交叉加载方案。实验方面,搭建了典型航空发动机机匣安装边密封结构试验台,测试了不同螺栓预紧力以及不同预紧力加载方案对试验件泄漏特性的影响。实验研究表明:试验件内部充入气体,压力达到目标值后停止供气,压力从最大值开始降低,降低速率从大变小,曲线光滑;介质温度先增加,后降低,最后平衡至环境温度。随着螺栓预紧力增大,而其它条件不发生变化时,泄漏压力随预紧力呈线性增加趋势。经过四轮加载之后JIS B2251和顺次加载方案螺栓预紧力的均匀性好于ASME PCC-1交叉加载方案,ASME PCC-1交叉加载方案在密封性能上不及JIS B 2251和顺次加载,而JIS B 2251方案工作量最小,因此,JIS B 2251方案应为最佳加载方案。
【关键词】：航空发动机 机匣 安装边 密封特性
【学位授予单位】：沈阳航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：V232
【目录】：

• 摘要6-7
• Abstract7-12
• 第1章 绪论12-24
• 1.1 课题研究背景和意义12-14
• 1.2 螺栓法兰连接结构及紧密性研究方法14-18
• 1.2.1 机匣法兰安装边螺栓连接结构14-15
• 1.2.2 螺栓法兰连接结构的密封与泄漏15-16
• 1.2.3 螺栓法兰联接结构的密封测试设计方法16-18
• 1.3 有限元在课题研究中的应用18-20
• 1.4 国内外主要研究现状20-23
• 1.4.1 国外螺栓法兰联接结构的研究现状20-22
• 1.4.2 国内螺栓法兰联接结构的研究现状22-23
• 1.5 本文研究方法及研究内容23-24
• 1.5.1 研究方法23
• 1.5.2 研究内容23-24
• 第2章 相关基本理论24-29
• 2.1 线弹性断裂力学理论24-25
• 2.2 泄漏压力理论分析25-29
• 第3章 法兰安装边泄漏模型有限元计算及分析29-48
• 3.1 计算模型的建立29-33
• 3.1.1 结构及建模29
• 3.1.2 网格划分与优化29-33
• 3.1.3 约束边界条件33
• 3.1.4 法兰机匣安装边材料属性33
• 3.2 机匣法兰安装边结构受力特性分析33-37
• 3.3 结构参数与预紧力对安装边泄漏压力影响分析37-40
• 3.3.1 螺栓数量变化对泄漏特性影响37-38
• 3.3.2 安装边厚度变化对泄漏特性的影响38-39
• 3.3.3 螺栓直径变化对泄漏特性影响39
• 3.3.4 螺栓预紧力变化对密封特性的影响39-40
• 3.4 螺栓加载顺序和轮次对密封特性的影响40-46
• 3.4.1 简化模型的建立与网格划分40-41
• 3.4.2 网格划分与边界条件41
• 3.4.3 边界条件41-42
• 3.4.4 计算结果与分析42-46
• 3.5 本章工作小结46-48
• 第4章 发动机机匣法兰安装边密封实验分析48-68
• 4.1 实验方案与实验参数48-52
• 4.1.1 实验参数设定与加载方案48-51
• 4.1.2 实验方案51-52
• 4.2 实验装置建立52-59
• 4.2.1 装置与流程52-53
• 4.2.2 装置结构53-56
• 4.2.3 测试装置与方法56-59
• 4.3 螺栓预紧力对安装边法兰泄漏率影响规律59-62
• 4.3.1 不同螺栓预紧力下试验件内压力变化规律60-61
• 4.3.2 安装边法兰泄漏率随螺栓预紧力变化规律61-62
• 4.4 螺栓加载方式对安装边法兰泄漏率的影响规律62-67
• 4.4.1 不同加载方案下试验件预紧力规律62-65
• 4.4.2 不同加载方案对试验件内压力变化的影响规律65-66
• 4.4.3 不同加载方案对试验件泄漏率的影响规律66-67
• 4.5 本章工作小结67-68
• 结论68-70
• 参考文献70-73
• 致谢73-74
• 攻读硕士期间发表（含录用）的学术论文74

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本文编号：716508