[發明專利]一種薄壁機匣新型加強筋布局設計方法

有效

• 申請號: 201210441460.9
• 申請日: 2012-11-08
• 公開（公告）號: CN102954318A
• 公開（公告）日: 2013-03-06
• 發明（設計）人: 劉宇;呂春光;邱明星;田靜;賈智元;李健;王東;石峰
• 申請（專利權）人: 中國航空工業集團公司沈陽發動機設計研究所
• 主分類號: F16M1/00
• 分類號: F16M1/00
• 代理公司: 沈陽晨創科技專利代理有限責任公司 21001
• 代理人: 任玉龍

1.一種薄壁機匣新型加強筋布局設計方法，其特征在于：利用錐面螺旋線（1）在圓錐面機匣（3）外表面開展加強筋布局設計；利用柱面螺旋線（2）在圓柱面機匣（4）外表面開展加強筋布局設計；利用錐面螺旋線（1）和柱面螺旋線（2）在圓錐面、圓柱面結合的機匣（5）外表面開展加強筋布局設計；在選定的坐標系下，利用錐面螺旋線（1）控制規律，控制錐面螺旋線（1）在圓錐面機匣（3）外表面上的起點和終點位置；在選定的坐標系下，利用柱面螺旋線（2）控制規律，控制柱面螺旋線（2）在圓柱面機匣（4）外表面上的起點和終點位置；在選定的坐標系下，利用錐面螺旋線（1）和柱面螺旋線（2）控制規律，控制錐面螺旋線（1）和柱面螺旋線（2）在圓錐面、圓柱面結合的機匣（5）外表面上的起點和終點位置；

在坐標系中，符合右手定則，按公式（101）設計圓錐面機匣等格柵加強筋布局；

X=ρ·sinα₀cosθ

Y=ρ·sinα₀sinθ

Z＝(ρ-ρ₀)·cosα₀

ρ=ρ0·e(θ·sinα0tanβ)---(101)]]>

式中ρ——圓錐面機匣筒體外壁面上任一點到圓錐頂點的距離

ρ₀——圓錐面機匣筒體進口截面外緣上任一點到圓錐頂點的距離

α₀——圓錐面機匣擴張角，即圓錐面半頂角

θ——錐面螺旋線上某點相對螺旋線起點，繞Z軸旋轉的角度，用弧度表示

β——錐面螺旋線的螺旋角，對于等格柵網格，β=60°

在坐標系中，符合右手定則，按公式（102）設計圓柱面機匣等格柵加強筋布局；

X＝R·cosθ

Y＝R·sinθ

Z=R·θ·cotβ???????????（102）

式中R——圓柱面機匣筒體外徑

θ——柱面螺旋線上某點相對螺旋線起點，繞Z軸旋轉的角度，用弧度表示

β——柱面螺旋線的螺旋角，對于等格柵網格，β=60°

在坐標系中，符合右手定則，按公式（103）、（104）設計圓錐面、圓柱面結合的機匣等格柵加強筋布局；

錐面螺旋線

X＝ρ·sinα₀cosθ

Y＝ρ·sinα₀sinθ

Z＝(ρ-ρ₀)·cosα₀

ρ=ρ0e(θ·sinα0tanβ)---(103)]]>

式中ρ——圓錐面機匣筒體外壁面上任一點到圓錐頂點的距離

ρ₀——圓錐面機匣筒體出口截面外緣上任一點到圓錐頂點的距離

α₀——圓錐面機匣擴張角，即圓錐面半頂角

θ——錐面螺旋線上某點相對螺旋線起點，繞Z軸旋轉的角度，用弧度表示

β——錐面螺旋線的螺旋角，對于等格柵網格，β=60°

柱面螺旋線

X＝R·cosθ

Y＝R·sinθ

Z=R·θ·cotβ?????????????（104）

式中R——圓柱面機匣筒體外徑

θ——柱面螺旋線上某點相對螺旋線起點，繞Z軸旋轉的角度，用弧度表示

β——柱面螺旋線的螺旋角，對于等格柵網格，β=60°

在確定了圓錐面機匣、圓柱面機匣或圓錐面、圓柱面結合的機匣的基本尺寸后，公式（101）和（102）中的ρ₀、α₀、β、R均為常數，而唯一的自變量θ的設置將直接影響加強筋布局的結構設計結果；

變量θ影響螺旋線起點和終點繞Z軸旋轉的角向位置和螺旋線長度，可用公式（105）表示：

式中θ₀——柱面螺旋線起點繞Z軸旋轉的角向位置，用弧度表示

——整條柱面螺旋線繞Z軸旋轉的角度，用弧度表示

t——取值在[0,1]之間：當t=0時，θ=θ₀，表示螺旋線起點繞Z軸旋轉的角向位置；當t=1時，表示螺旋線終點繞Z軸旋轉的角向位置；當0＜t＜1時，θ可以表示螺旋線上起點與終點之間任意一點繞Z軸旋轉的角向位置

在利用公式（101）～（104）設計機匣等格柵加強筋布局時需注意以下幾點：

公式（101）～（104）的利用需滿足在坐標系下，對于圓錐面機匣和圓柱面機匣，坐標系XC-YC平面與機匣進口截面重合，原點設置在機匣進口截面圓心上；對于圓錐面、圓柱面結合的機匣，為保證加強筋在圓錐面和圓柱面交界處的連續性，坐標系XC-YC平面與圓錐面和圓柱面交界面重合，原點設置在交界面圓心上；

公式（105）中共有θ₀和兩個自變量，一般地，為保證加強筋在機匣上分布的對稱性，并方便建模，θ₀可取值0；同時，考慮到螺旋線應貫穿整個機匣外表面，可在之間取值；

利用公式（101）～（105）設計出的是一條機匣表面貫穿機匣進出口截面的加強筋引導線，后續還需要根據機匣強度計算分析結果，得到合適的加強筋截面高度、寬度。