航空發(fā)動(dòng)機(jī)用金屬封嚴(yán)環(huán)設(shè)計(jì)與性能分析研究.pdf

1、本課題是關(guān)于新型航空發(fā)動(dòng)機(jī)用W封嚴(yán)環(huán)設(shè)計(jì)依據(jù)展開(kāi)的研究。航空渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)和燃?xì)廨啓C(jī)氣路密封技術(shù)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)性能影響至關(guān)重要,當(dāng)前世界先進(jìn)的航空發(fā)動(dòng)機(jī)普遍采用先進(jìn)的W封嚴(yán)環(huán)封嚴(yán)技術(shù),但W封嚴(yán)環(huán)因其集“薄壁(環(huán)件壁厚為0.1—0.3毫米)、大變形(壓延變形量與壁厚之比高達(dá)30—50)、精密(加工精度為微米級(jí))”于一體,研制難度極大,目前只有美國(guó)、加拿大等少數(shù)發(fā)達(dá)國(guó)家掌握其核心加工技術(shù),我國(guó)在此領(lǐng)域尚屬空白,一直都依賴進(jìn)口解決。因此,掌握這種技術(shù),

2、在未來(lái)我國(guó)研制航空發(fā)動(dòng)機(jī)上將能發(fā)揮十分積極的作用。本文的重點(diǎn)對(duì)W型航空發(fā)動(dòng)機(jī)用金屬封嚴(yán)環(huán)進(jìn)行設(shè)計(jì)及性能分析研究,提出其主要性能評(píng)估項(xiàng)目指標(biāo),為以后封嚴(yán)環(huán)的試驗(yàn)、測(cè)試技術(shù)研究打下基礎(chǔ)。
　　由航空發(fā)動(dòng)機(jī)W封嚴(yán)環(huán)的結(jié)構(gòu)材料特點(diǎn)所決定,其合理的加工方法應(yīng)是精密塑性成形技術(shù)。精密塑性成形技術(shù)因其生產(chǎn)周期短、成本低、零件使用性能好、產(chǎn)品可靠性高等優(yōu)點(diǎn),在包括航空發(fā)動(dòng)機(jī)在內(nèi)的武器裝備中得到廣泛應(yīng)用。但作為航空核心敏感技術(shù),國(guó)外的航空W封嚴(yán)環(huán)具

3、體制造技術(shù)我們無(wú)從得知,但可以肯定旋壓或液壓精密塑性成型一定是類似航空W封嚴(yán)環(huán)的“超薄、大變形、精密”環(huán)件加工的有效技術(shù)途徑之一,這也是值得我們深入研究發(fā)展的未來(lái)精密塑性成型技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。
　　為此,本文首先將國(guó)內(nèi)外研制成的O型、C型、U型的封嚴(yán)環(huán)進(jìn)行性能的對(duì)比分析。在前人已經(jīng)對(duì)O型、C型、U型的封嚴(yán)環(huán)的結(jié)構(gòu)外形及其力學(xué)性能進(jìn)行研究的基礎(chǔ)上,開(kāi)展新型W型航空發(fā)動(dòng)機(jī)用金屬封嚴(yán)環(huán)設(shè)計(jì)依據(jù)的研究。本文在結(jié)合國(guó)內(nèi)外此類密封環(huán)的研究現(xiàn)狀后

4、,提出了一種新型航空發(fā)動(dòng)機(jī)用 W封嚴(yán)環(huán)——多道彎封嚴(yán)環(huán)的設(shè)計(jì)方案,并將其各項(xiàng)性能指標(biāo)與傳統(tǒng) W型封嚴(yán)環(huán)進(jìn)行對(duì)比,通過(guò)研究分析,對(duì)封嚴(yán)環(huán)的外形結(jié)構(gòu)進(jìn)行初步的優(yōu)化設(shè)計(jì),然后對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)用封嚴(yán)環(huán)進(jìn)行結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的分析計(jì)算,得到符合實(shí)際工況強(qiáng)度的封嚴(yán)環(huán)外形結(jié)構(gòu)及其尺寸。本文其中一個(gè)創(chuàng)新點(diǎn)在于——對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)用W型封嚴(yán)環(huán)進(jìn)行疲勞分析計(jì)算。利用有限元等軟件,并結(jié)合材料疲勞試驗(yàn)結(jié)果,將傳統(tǒng)W封嚴(yán)環(huán)與新型W封嚴(yán)環(huán)放在相同的模擬環(huán)境下,進(jìn)行其強(qiáng)度及疲勞壽命的

5、模擬計(jì)算。該分析結(jié)果證明新型W型封嚴(yán)環(huán)在強(qiáng)度、疲勞壽命等各項(xiàng)指標(biāo)都要優(yōu)于傳統(tǒng)W型封嚴(yán)環(huán)。該結(jié)果為未來(lái)封嚴(yán)環(huán)的研制、試驗(yàn)、檢測(cè)等提供了理論依據(jù)。
　　氣體泄漏率是衡量航空發(fā)動(dòng)機(jī)用封嚴(yán)環(huán)性能的一個(gè)很關(guān)鍵的因素,提高計(jì)算封嚴(yán)環(huán)在動(dòng)態(tài)密封下的氣體泄漏率的準(zhǔn)確度,有助于更好的進(jìn)行航空發(fā)動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)及性能的預(yù)測(cè)。基于以上考慮,本文提出了一維有摩擦變截面氣體流動(dòng)計(jì)算模型及泄漏率的計(jì)算方法,該模型可用于計(jì)算截面變化率不大時(shí)的氣體泄漏率。這是本文的另