[發明專利]航空發動機輪盤爆裂試驗的包容裝置設計方法

在審

• 申請號: 201910816441.1
• 申請日: 2019-08-30
• 公開（公告）號: CN110555265A
• 公開（公告）日: 2019-12-10
• 發明（設計）人: 陳國棟;黃福增;祝昭丹;劉正峰;趙詩楊;甘雨璽;李宇;郝文遠
• 申請（專利權）人: 中國航發沈陽發動機研究所
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 11526 北京航信高科知識產權代理事務所(普通合伙)
• 代理人: 高原

本申請屬于航空發動機風扇機匣包容試驗領域，特別涉及一種航空發動機輪盤爆裂試驗的包容裝置設計方法，包括如下步驟：在初始包容裝置中進行輪盤爆裂試驗，獲取輪盤爆裂后的最大碎塊動能；將初始包容裝置包容最大碎塊動能所對應的輪盤碎塊的過程，采用分階段方法進行分析計算，獲取包容性準則；根據包容性準則獲得待設計包容裝置的最終臨界包容尺寸。本申請的航空發動機輪盤爆裂試驗的包容裝置設計方法，能夠量化最大碎塊動能、能夠計算出滿足包容性的臨界尺寸及安全尺寸，解決了現有包容裝置結構設計存在薄弱點的問題，保證了包容裝置的整體包容能力。

技術領域

本申請屬于航空發動機轉子強度試驗領域，特別涉及一種航空發動機輪盤爆裂試驗的包容裝置設計方法。

背景技術

航空發動機輪盤作為關鍵件，一旦發生破壞會對飛機造成危險性影響，因此適航法規和發動機規范要求其必須在旋轉試驗器上進行強度與壽命的試驗驗證，以保證飛行安全。在旋轉試驗器上進行的轉子強度與壽命試驗，會出現計劃內和非計劃內的轉子失效，由于轉子質量大、動能大，一旦輪盤失效，高能碎塊會對試驗設備的真空艙體造成巨大的沖擊。艙體被擊穿或發生泄露，可能引發的危害包括高能碎塊飛出、火災、爆燃和爆炸等，給人與設備的安全帶來巨大風險。在世界范圍內，曾發生多起轉子試驗設備非包容事件及事故。每一個轉子試驗設備的制造商都有過轉子爆裂后包容失效的經歷，包容失效會帶來很昂貴的設備維修費用，嚴重的甚至造成人員的傷亡。

旋轉設備必須能夠包容轉子爆裂失效產生的高能碎塊。試驗設備的機械主體包括真空艙體、傳動裝置、以及放于真空艙體內的圓筒形包容殼體，包容殼體必須要能夠抵抗高能爆裂碎塊的沖擊，使真空艙體不被擊穿或發生泄露，以保證試驗設備主體及試驗人員的安全。

目前，常用的旋轉試驗器的包容裝置主要是圓柱型或方形的金屬殼體；其中，在臥轉試驗器上，一般真空艙體的艙壁即為包容殼體，由于加工難度問題造成艙壁厚度不足，不能包容輪盤爆裂碎塊，因此在一些爆裂試驗中，需要加裝額外的包容殼體。

在立轉試驗器上，包容殼體一般為圓柱形殼體。但是，目前立轉試驗器上包容裝置至少存在如下不足：

1)技術方面

目前，缺乏航空發動機輪盤爆裂試驗所產生的最大碎塊動能的計算方法，不能確定最大碎塊動能將導致在包容性計算中不能給予準確輸入；

另外，缺乏適合輪盤爆裂試驗的包容性計算方法，無法給出滿足包容性指標的具體尺寸設計，包容殼體受限于加工、安裝難度問題往往厚度不足，從而造成包容能力不足；

單純的圓柱形或框形包容殼體在結構上存在薄弱點，比如圓柱形的筒邊處或框型的邊框中間位置，受到高能碎塊撞擊易發生損壞，造成非包容事件發生。

2)成本方面

航空發動機輪盤爆裂試驗發生后，如果設備不能包容，會對設備及廠房造成嚴重的損壞，甚至引發安全事故，從而造成巨大的成本損失。

3)效率方面

旋轉試驗器發生不包容的事件后，設備需要較長的維修周期，從而影響設備的使用效率。

發明內容

為了解決上述技術問題至少之一，本申請提供了一種航空發動機輪盤爆裂試驗的包容裝置設計方法。

本申請公開了一種航空發動機輪盤爆裂試驗的包容裝置設計方法，包括如下步驟：

步驟一、在初始包容裝置中進行輪盤爆裂試驗，根據試驗輪盤的結構和參數計算獲得輪盤爆裂后的最大碎塊動能，

其中，所述初始包容裝置采用圓筒形的包容殼體，其筒邊設計內收式的法蘭結構，另外，輪盤爆裂后初始裂紋從輪盤的孔邊處裂至輪盤的外緣形成三等分碎塊；

步驟二、將初始包容裝置包容所述最大碎塊動能所對應的輪盤碎塊的過程，采用分階段方法進行分析計算，獲取包容性準則；