航空發(fā)動機用金屬封嚴環(huán)設計與性能分析研究.pdf

1、本課題是關于新型航空發(fā)動機用W封嚴環(huán)設計依據(jù)展開的研究。航空渦輪發(fā)動機和燃氣輪機氣路密封技術對發(fā)動機性能影響至關重要,當前世界先進的航空發(fā)動機普遍采用先進的W封嚴環(huán)封嚴技術,但W封嚴環(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30—50)、精密(加工精度為微米級)”于一體,研制難度極大,目前只有美國、加拿大等少數(shù)發(fā)達國家掌握其核心加工技術,我國在此領域尚屬空白,一直都依賴進口解決。因此,掌握這種技術,

2、在未來我國研制航空發(fā)動機上將能發(fā)揮十分積極的作用。本文的重點對W型航空發(fā)動機用金屬封嚴環(huán)進行設計及性能分析研究,提出其主要性能評估項目指標,為以后封嚴環(huán)的試驗、測試技術研究打下基礎。
　　由航空發(fā)動機W封嚴環(huán)的結構材料特點所決定,其合理的加工方法應是精密塑性成形技術。精密塑性成形技術因其生產(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,在包括航空發(fā)動機在內(nèi)的武器裝備中得到廣泛應用。但作為航空核心敏感技術,國外的航空W封嚴環(huán)具

3、體制造技術我們無從得知,但可以肯定旋壓或液壓精密塑性成型一定是類似航空W封嚴環(huán)的“超薄、大變形、精密”環(huán)件加工的有效技術途徑之一,這也是值得我們深入研究發(fā)展的未來精密塑性成型技術的發(fā)展趨勢。
　　為此,本文首先將國內(nèi)外研制成的O型、C型、U型的封嚴環(huán)進行性能的對比分析。在前人已經(jīng)對O型、C型、U型的封嚴環(huán)的結構外形及其力學性能進行研究的基礎上,開展新型W型航空發(fā)動機用金屬封嚴環(huán)設計依據(jù)的研究。本文在結合國內(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)動機用 W封嚴環(huán)——多道彎封嚴環(huán)的設計方案,并將其各項性能指標與傳統(tǒng) W型封嚴環(huán)進行對比,通過研究分析,對封嚴環(huán)的外形結構進行初步的優(yōu)化設計,然后對航空發(fā)動機用封嚴環(huán)進行結構強度的分析計算,得到符合實際工況強度的封嚴環(huán)外形結構及其尺寸。本文其中一個創(chuàng)新點在于——對航空發(fā)動機用W型封嚴環(huán)進行疲勞分析計算。利用有限元等軟件,并結合材料疲勞試驗結果,將傳統(tǒng)W封嚴環(huán)與新型W封嚴環(huán)放在相同的模擬環(huán)境下,進行其強度及疲勞壽命的

5、模擬計算。該分析結果證明新型W型封嚴環(huán)在強度、疲勞壽命等各項指標都要優(yōu)于傳統(tǒng)W型封嚴環(huán)。該結果為未來封嚴環(huán)的研制、試驗、檢測等提供了理論依據(jù)。
　　氣體泄漏率是衡量航空發(fā)動機用封嚴環(huán)性能的一個很關鍵的因素,提高計算封嚴環(huán)在動態(tài)密封下的氣體泄漏率的準確度,有助于更好的進行航空發(fā)動機的設計及性能的預測?；谝陨峡紤],本文提出了一維有摩擦變截面氣體流動計算模型及泄漏率的計算方法,該模型可用于計算截面變化率不大時的氣體泄漏率。這是本文的另