[發(fā)明專利]一種燃燒室機(jī)匣的適航符合性驗(yàn)證方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810724293.6
• 申請日: 2018-07-04
• 公開（公告）號(hào): CN108897959B
• 公開（公告）日: 2019-03-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 胡殿印;王榮橋;鄭生旭;張龍
• 申請（專利權(quán)）人: 北京航空航天大學(xué)
• 主分類號(hào): G06F17/50
• 分類號(hào): G06F17/50
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責(zé)任公司 11251
• 代理人: 安麗;鄧治平

本發(fā)明公開了一種燃燒室機(jī)匣的適航符合性驗(yàn)證方法，步驟：(1)依據(jù)CCAR33.64條款要求確定燃燒室機(jī)匣的載荷邊界條件，根據(jù)實(shí)際工況下的受約束情況確定位移邊界條件；(2)對燃燒室機(jī)匣進(jìn)行特征值屈曲分析，得到不同階次下的特征值及特征屈曲模態(tài)；(3)選取機(jī)匣第一階屈曲失穩(wěn)部位為分析重點(diǎn)，在(1)條件下進(jìn)行幾何和材料雙重非線性屈曲分析；(4)計(jì)算穩(wěn)定安全系數(shù)，作為機(jī)匣穩(wěn)定性的判斷條件；(5)以(3)分析所得非線性屈曲臨界載荷作為內(nèi)外氣體壓力差，同時(shí)加載(1)邊界條件進(jìn)行靜強(qiáng)度分析，確定燃燒室機(jī)匣對于適航條款的符合性。本發(fā)明同時(shí)考慮燃燒室機(jī)匣的穩(wěn)定性和靜強(qiáng)度，提出針對性的驗(yàn)證分析方法，表明燃燒室機(jī)匣的適航符合性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明是一種針對航空發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室機(jī)匣的適航符合性驗(yàn)證方法，它是一種統(tǒng)籌考慮機(jī)匣穩(wěn)定性和靜強(qiáng)度的適航符合性驗(yàn)證方法，屬于航空航天發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

民用航空發(fā)動(dòng)機(jī)是一種極限產(chǎn)品，其核心機(jī)零部件工作在高溫、高壓的復(fù)雜環(huán)境下；作為發(fā)動(dòng)機(jī)的關(guān)鍵件之一的燃燒室機(jī)匣，其穩(wěn)定性是值得關(guān)注的重要問題。一方面，在設(shè)計(jì)上尋求越來越高的渦輪前溫度和客觀上存在的復(fù)雜氣-熱-固耦合作用，以及高增壓比導(dǎo)致的核心機(jī)內(nèi)涵道顯著增大的氣壓，使得燃燒室機(jī)匣工作環(huán)境尤為惡劣，對其穩(wěn)定性構(gòu)成了極大挑戰(zhàn)；另一方面，國內(nèi)外商業(yè)市場對燃油經(jīng)濟(jì)性近乎苛刻的要求，促使減重和輕量化成為先進(jìn)民用航空發(fā)動(dòng)機(jī)必然的設(shè)計(jì)方向，對于燃燒室機(jī)匣則通過采用更薄的殼體壁厚以達(dá)成更優(yōu)的設(shè)計(jì)目標(biāo)，由此進(jìn)一步考驗(yàn)機(jī)匣的穩(wěn)定性。

航空發(fā)動(dòng)機(jī)適航規(guī)定第二版(CCAR33-R2)第64條提出了關(guān)于發(fā)動(dòng)機(jī)靜承壓件的適航要求，指出須保證其在服役過程中不能出現(xiàn)危害性后果。燃燒室機(jī)匣作為關(guān)鍵的靜承壓件，通過適航符合性驗(yàn)證成為整機(jī)完成適航取證的必要環(huán)節(jié)，目前針對第64條這一適航條款具體的符合性驗(yàn)證方法存在空白。對于承受復(fù)雜載荷作用的燃燒室機(jī)匣而言，喪失穩(wěn)定性是重要的失效模式之一，目前的機(jī)匣設(shè)計(jì)方法通常將應(yīng)力水平作為失效判斷準(zhǔn)則，未考慮穩(wěn)定性因素，并不能全面考核機(jī)匣的承載能力。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明技術(shù)解決方案：克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種燃燒室機(jī)匣的適航符合性驗(yàn)證方法，能夠更為全面而具體地對發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室機(jī)匣適航符合性進(jìn)行分析，為燃燒室機(jī)匣通過適航符合性驗(yàn)證提供參考。

本發(fā)明技術(shù)解決方案：一種燃燒室機(jī)匣的適航符合性驗(yàn)證方法，包括以下步驟：

步驟(1)：根據(jù)航空發(fā)動(dòng)機(jī)用材料手冊，確定在工作溫度下的燃燒室機(jī)匣所用的GH4169鎳基高溫合金的最低性能的材料參數(shù)，所述最低性能的材料參數(shù)為彈性模量和屈服極限；依據(jù)航空發(fā)動(dòng)機(jī)適航規(guī)定第二版(CCAR33-R2)第64條靜承壓件適航條款的要求，確定燃燒室機(jī)匣工作壓力的極限值，在燃燒室機(jī)匣有限元分析模型上施加載荷邊界條件，所述載荷邊界條件包括氣動(dòng)軸向力和橫向力、內(nèi)外氣體壓力差；再根據(jù)燃燒室機(jī)匣實(shí)際工況下的受約束情況，確定位移邊界條件；

步驟(2)：根據(jù)步驟(1)所確定的載荷邊界條件和位移邊界條件，對燃燒室機(jī)匣進(jìn)行特征值屈曲分析，得到機(jī)匣不同階次的特征值及對應(yīng)的特征屈曲模態(tài)；特征值屈曲分析所得的第一階即最低階特征屈曲模態(tài)反映了機(jī)匣最先可能出現(xiàn)失穩(wěn)變形的部位與分布情況，作為初步判斷機(jī)匣穩(wěn)定性的參考；

步驟(3)：選取燃燒室機(jī)匣的第一階屈曲失穩(wěn)變形部位，在步驟(1)確定的載荷邊界條件和位移邊界條件下進(jìn)行幾何和材料雙重非線性屈曲分析；對步驟(2)所得燃燒室機(jī)匣最低階特征屈曲模態(tài)整體的變形幅值進(jìn)行縮小處理，構(gòu)造出引發(fā)機(jī)匣失穩(wěn)的初始擾動(dòng)；所述初始擾動(dòng)是指引發(fā)燃燒室匣偏離原有的平衡狀態(tài)而在外載荷作用下出現(xiàn)屈曲失穩(wěn)的初始變形；再采用弧長法追蹤燃燒室機(jī)匣屈曲失穩(wěn)過程中的載荷位移關(guān)系曲線，確定燃燒室機(jī)匣的非線性屈曲臨界載荷，提取非線性屈曲臨界載荷對應(yīng)的屈曲模態(tài)，得到燃燒室機(jī)匣失穩(wěn)區(qū)域的分布情況；