高溫動密封結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與分析.pdf

1、本文對高溫動密封結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行了分析。高超聲速飛行器再入階段，偏轉(zhuǎn)控制翼前的高壓熱氣流進(jìn)入低壓的控制翼縫隙內(nèi)，若不進(jìn)行防熱處理，熱氣流將損壞間隙底部低溫部件進(jìn)而導(dǎo)致飛行器失控，因而研究控制翼面間隙動密封結(jié)構(gòu)，對提高飛行器安全可靠性極為重要。X-38翼面間隙密封結(jié)構(gòu)表面最高溫度預(yù)測值超過1000℃，發(fā)生在峰值加熱420s時(shí)間段內(nèi)，未施加熱防護(hù)措施條件時(shí)，間隙12.7cm下的熱流計(jì)算值高達(dá)110Kw，間隙在控制翼面偏轉(zhuǎn)過程中不斷變化。設(shè)計(jì)的密

2、封結(jié)構(gòu)應(yīng)能在如此惡劣氣動加熱環(huán)境中對間隙進(jìn)行有效密封，彈簧、隔熱氈和編織套管組成的動密封結(jié)構(gòu)具有較好的高溫密封性能，并能適應(yīng)大的間隙變化，在控制翼面密封結(jié)構(gòu)中具有較好的應(yīng)用前景。彈簧是密封結(jié)構(gòu)的骨架，決定其高溫力學(xué)性能，彈簧結(jié)構(gòu)具有較好的回彈性，保證密封結(jié)構(gòu)與密封面之間的良好接觸，達(dá)到密封變化間隙目的。分析密封結(jié)構(gòu)力學(xué)性能時(shí)，考慮兩種彈簧（斜圈彈簧和編織彈簧），分析彈簧載荷位移特性，研究傾斜幅度、線徑、單位長度線圈數(shù)等幾何參數(shù)對斜圈彈簧

3、力學(xué)性能影響規(guī)律，研究編織參數(shù)（線徑，編織角度和線數(shù)）對編織彈簧力學(xué)性能影響規(guī)律，并從數(shù)值分析結(jié)果給出具有較好性能彈簧的幾何參數(shù)，為動密封結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供指導(dǎo)。考慮流過密封結(jié)構(gòu)高溫氣體影響。當(dāng)氣固換熱系數(shù)大于103Wm-2?K-1時(shí)，氣固兩相溫度相近，分析發(fā)現(xiàn)18mm直徑優(yōu)化設(shè)計(jì)的密封結(jié)構(gòu)不能滿足使用要求；采用雙密封結(jié)構(gòu)時(shí)，得到密封結(jié)構(gòu)氣密性設(shè)計(jì)的臨界值10-3 kg?m-1?s-1，在420s瞬態(tài)傳熱分析中密封結(jié)構(gòu)加熱表面與背壁溫度相差6

4、60℃-700℃?；谠O(shè)計(jì)的動密封結(jié)構(gòu)，制備出動密封結(jié)構(gòu)樣件，根據(jù)控制翼面動密封服役環(huán)境，設(shè)計(jì)地面模擬實(shí)驗(yàn)評價(jià)該種動密封結(jié)構(gòu)的可行性，測試變化間隙中密封結(jié)構(gòu)的高溫?zé)崦苄孕阅堋y試時(shí)間為180s、300s和420s，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明施加110kw表面熱流，方向舵擺動頻率30次/min，擺動角度24°條件下，密封結(jié)構(gòu)加熱表面和背壁溫度相差600℃-700℃，且測試過程中背壁溫升緩慢，未出現(xiàn)大的溫度波動，因此測試過程中密封結(jié)構(gòu)始終有效，滿足高溫?zé)?/p>