航空发动机涡轮盘过渡态载荷分析方法研究

【类型】学位论文

【作者】胡文杰 

【关键词】 涡轮盘 载荷 一体化仿真 过渡态 空气系统

【摘要】在航空发动机过渡态工作过程中，涡轮盘承受着具有强时变特性的外部载荷，这是导致其危险性失效的主要因素。因此，适航规章（FAR-33）的咨询通告AC33.70-1中明确要求准确预测发动机涡轮盘的过渡态载荷。目前国内确定涡轮盘载荷的常规方法是：先以空气系统定比例引气假设为前提进行性能仿真，然后以性能仿真的结果作为空气系统分析的边界条件，对空气系统进行独立求解，进而获得涡轮盘等关键安全件的工作载荷。但是，将发动机主流气路和空气系统顺次独立求解分析本质上是一种基于准静态假设的分析方法，不仅割裂了发动机主流气路和内流空气系统之间的固有交互耦合作用，也不能真实反应主流气路和内流空气系统的不同时变响应速度所带来的复杂匹配问题。在充分考虑发动机主流气路和内流空气系统的耦合时变效应的基础上，本文建立了一种能够实现发动机主流气路和内流空气系统一体化仿真的方法。并以某小型涡喷发动机为示例，计算了在给定供油规律下其涡轮盘过渡态载荷，分析了几种涡轮盘过渡态危险因素。计算结果表明，在过渡态过程中，涡轮盘腔进口气体总温、进出口气体总压、流量和涡轮盘轴向力呈现出相似的变化规律。在发动机加速过程中，出现短时间涡轮盘腔进口气体总温高于涡轮盘平均温度的现象。同时，涡轮盘腔的容腔效应导致了进出口气体流量的显著差异，增大了燃气入侵的危险。通过对过渡态计算结果和准静态计算结果的对比分析表明：加速过程中，两方法计算得到的涡轮盘平均温度最大差别出现在105000r/min左右，其值为141K，是该转速下过渡态计算结果的30%；减速过程的最大差别出现在42000r/min左右，其值为145K，占该转速下准静态计算结果的31%。准静态计算完全不能反映燃气入侵现象。因此，若用准静态计算结果模拟真实涡轮盘工作情况，会对涡轮盘安全性产生难以预料的不良影响。

【学位名称】硕士

【学位授予单位】北京航空航天大学

【学位授予年度】2016

【导师姓名】丁水汀

【读秀链接】读秀链接