某航空发动机金属密封环优化设计研究

为了满足特殊工况下发动机中的密封要求,对W形金属密封环综合性能进行研究。对W形金属密封环进行参数化建模,采用数值模拟正交试验法,应用ANSYS软件进行W形密封环的密封性能的分析计算,根据多指标数值模拟正交仿真试验计算结果,运用MATLAB软件建立W形金属密封环关于其主要结构参数的多元线性回归方程。为保证其密封性能,应求得在最大Von-Mises等效应力不超过材料屈服极限条件下,寻找接触应力的最大值。通过C语言程序设计在其各结构参数限定范围内求解其极值,并得到极值对应的结构参数;对优化后的结构进行ANSYS模拟,并对结果进行检验,从而证明了优化设计的可靠性。     

航空发动机高温W形金属密封环的失效分析及优化验证

为解决某型航空发动机试车过程中W形金属密封环剥落失效问题,在完成断口分析的基础上,对W形金属密封环装配应力、工作应力进行分析。结果表明,初始装配时的压缩量偏大、工作环境压差较高是造成密封环剥落的主要原因。对W形密封环各参数的影响进行分析,提出合理控制初始装配压缩量范围、增加壁厚的改进措施。发动机长试验证了W形密封环改进措施的有效性。     

航空发动机主轴用球轴承设计分析方法

为从设计上提高轴承的性能,了解轴承在实际工况下的特性,建立了一套拟动力学分析软件以预测轴承的性能,并据此对轴承的结构进行优化设计。介绍了设计分析方法,并列举了一个设计分析的算例。     

液体火箭发动机U形环密封界面优化设计

U形密封环是液体火箭发动机常用的一种密封结构,其密封性能是决定发动机可靠性的关键因素。为研究U形环的密封机制,改善其整体结构的密封性能,构建U形环密封结构的有限元分析模型,分析常温预紧工况和低温工作工况下密封环的密封性能。结果表明：相对于常温（20 ℃）预紧工况,低温（-183 ℃）工作工况下U形环密封面的有效接触宽度和接触应力更大,但仍存在密封面接触不充分的问题。采用密封界面形貌的优化设计方法对U形环密封界面进行优化设计,优化后U形环密封面从平坦形貌变为非平坦的非线性形貌,低温工作工况下U形环密封面的有效接触宽度增加了138%,接触应力分布均匀程度提升了99%,密封面的有效接触宽度大幅增加,接触应力分布的均匀性大幅改善,整体结构的密封性能显著提升。     

金属W形密封环的弹塑性接触有限元分析

采用ANSYS有限元软件建立金属W形密封环的有限元模型,对金属W形密封环在给定工况下的弹塑性接触变形进行非线性有限元分析,得出相应情况下的接触应力分布和范.米塞斯(Von-M ises)应力分布;讨论密封环操作参数和结构参数对密封性能的影响。结果表明,在预紧工况和工作工况下,密封环的最大接触应力均能满足密封要求,且最大Von-M ises应力小于屈服极限,金属W形密封环可以实现密封;适当增大金属W形密封环壁厚或加大预压缩量,可以提高其密封性能。     

航空发动机离心通风器分离能力评价方法及其转子优化设计

运用离心力平衡原理建立可分离油珠直径的计算公式,提出离心通风器分离油雾的能力评价方法.通过对离心通风器核心部件转子的结构多目标优化设计,得出转子结构不同参数对离心通风器分离能力的影响,为优化离心通风器设计提供一种较好的方法.     

航空发动机主轴用四点接触球轴承结构分析

从发动机用四点接触球轴承的结构入手，对某型发动机连续发生多起转子前移故障，轴承损坏严重的现象分析；提出在不改变轴承的结构和设计参数的情况下：“控制球径的选配范围”，“测量成套轴承的接触角”，“内外套圈匹配时应检查Wki，使之满足Wk1＜Wk2”三项措施，提高轴承的高速运转性能。同时建议采用两半内圈三点接触的结构型式。附图1幅。     

基于响应面法的W型封严环型面优化设计

对W型封严环开展封严环全参数显著性分析,得到各参数（径宽W、壁厚t、波峰R1、波谷R2、外切圆R3、接触圆R4等共计11个参数）对封严环回弹率、最大等效应力及接触应力的影响规律,并筛选出最显著参数。由于各参数的影响关系存在着耦合现象,为了考虑各参数对封严环综合性能的影响,采用响应面法对封严环最显著参数进行优化设计,结果表面：采用响应面法得到的型面在降低最大等效应力、保证密封性能的基础上,回弹率提升了55.22%。     

航空发动机主轴轴承三维CAD系统

计算机的先进性、多目标的优化设计及拟动力学分析模型为高温、高速轴承开发设计提供了可靠理论分析，用此程序设计的轴承产品使用性能良好、安全可靠、寿命长。     

W形金属密封环工作状态下综合性能优化设计

为满足航空航天领域严苛工况下的密封要求,对W形金属密封环综合性能进行研究,提出从回弹性能、密封性能、稳定性能3个方面对W形金属密封环工作状态下的综合性能进行优化;建立W形环静态工况计算模型和准静态压缩回弹计算模型,分别计算塑形变形区域占比、最大接触应力和回弹率来描述其稳定性、密封性和回弹性;建立一套W形金属密封环的优化方法,应用分层求解和加权平均构造目标函数的方法,在给定工作条件下完成可行域内W形环最优综合性能设计的求解。优化结果与国外某公司产品契合度较高,验证了整个优化方法的正确性。     

基于密封特性的弹簧金属C形环结构参数优化

C形环在密封过程中存在低应力区,这些区域难以保证密封可靠性,因此研究C形环密封特性时,需要分析有效接触应力和区域。选取外径为318 mm的C形环为研究对象,利用等效壁厚代替螺旋弹簧丝径,建立C形环等效模型,通过压缩回弹试验验证了模型的合理性。利用有限元方法研究银层厚度、包覆层厚度以及等效壁厚（弹簧丝径）对C形环密封性能的影响。结果表明：银层表面有效接触宽度随着银层厚度、包覆层厚度的增加而增大,有效接触应力随银层厚度、包覆层厚度的增加而减小,等效壁厚的增加可同时增加有效接触宽度和有效接触应力。采用正交试验对C形环的结构参数进行优化设计。结果表明：银层厚度和等效壁厚对有效接触应力和有效接触宽度影响显著。C形环最优设计方案为银层厚度0.2 mm,包覆层厚度0.5 mm,弹簧丝径3.1 mm,泄漏率试验结果表明,优化后C形环具有更好的密封性能。     

航空发动机主轴轴承三维CAD系统

利用计算机的先进性，多目标的优化设计及拟动力学分析模型，为高温、高速铀承开发设计提供了可靠理论分析，用此程序设计的轴承产品使用性能良好、安全可靠寿命长。     

W形结构缠绕垫片压缩-回弹性能的研究

在V形结构的基础上,通过简化力学模型的受力分析,建立力与变形之间的关系,从而获得W形结构的弹性变形公式。通过与V形结构弹性变形公式的比较,采用5.5 mm、6.0 mm、6.5 mm宽的平钢带进行厚度为4.5 mm标准系列缠绕垫片的合理结构设计,在确定的工艺参数（钢带切向拉紧力为14.7 N、径向压紧力0.25 MPa）和组合安装按GB 4622.3-93规定的条件下,对304＋柔性石墨内外环缠绕垫片进行压缩-回弹性能试验。结果表明：W形金属柔性石墨缠绕垫片的回弹性能优越于V形,且强度和刚度较大,在高压、危险工况、预紧载荷较大的法兰连接系统条件下使用更加安全可靠;W形金属柔性石墨缠绕垫片的回弹性高出国标十几个百分点,达到了国际先进水平。     

C形架结构优化设计

针对工程中桌一C形架结构变形量过大的问题,提出了应用两组拉杆加强的初步方案.利用有限元软件AN-SYS建立了加强后C形架结构的参数化模型,对总体结构进行了优化设计,得出了C形架结构的最优设计方案.在该方案中,结构在竖直方向的最大变形量为0.009 m,在允许的范围内;结构的总质量为172.38 kg,相对于初始结构质量减轻了17.2%,降低了制造成本.     

基于HyperWorks的发动机油底壳优化设计

油底壳是发动机表面辐射噪声的主要来源之一。利用HyperWorks软件,对发动机油底壳进行两种方式的优化,并比较其结果。通过对油底壳优化,提高了它的固有频率,减少其振动,从而避开了其与发动机之间的共振,为低噪声发动机的设计打下了基础。     

航空发动机机匣结构减缩建模的方法

为解决航空发动机机匣有限元模型存在单元数目多、原始矩阵维度巨大的问题,研究了一种减缩建模方法,基于主节点思路是在模态域下快速准确地预测整机机匣系统的响应。以某整机机匣系统为研究对象,建立该结构的原始有限元模型,按所提出的减缩建模方法获得减缩模型,并对减缩前后机匣系统稳态响应的一致性以及计算效率进行对比分析,验证了减缩模型的可行性。     

航空发动机U形金属密封环的设计与优化

针对某型发动机高压转子连接结构的密封问题,设计一种U形金属密封环,分析研究密封环的密封和强度性能,探究结构参数(包括根部倒圆、壁厚、环高、接触面曲率半径、密封环接触面角度、密封环配合件角度)对密封环最大等效应力、最大接触应力的影响,基于ANSYS Workbench优化设计模块,采用代理模型结合遗传算法的优化技术对密封环结构进行优化。结果表明:安装压缩率范围为3.56%～6.33%时,可保证安装和工作2种工况下密封和强度的要求;最大等效应力与壁厚成正比关系,而与根部倒圆和环高成反比关系;接触面曲率半径对最大等效应力影响较小,但最大接触应力随着接触面曲率半径的增加而增加;选择合适的角度范围时,密封环接触面角度和密封环配合件角度对最大等效应力、最大接触应力影响均较小。密封环结构优化后,最大等效应力在安装和工作2种工况下分别减小了34.3%和30.4%,同时密封环质量减少了6.1%。对设计的U形金属密封环随整机进行了试验,结果表明U形金属密封环密封性能良好,验证了设计的合理性。     

基于多学科优化的航空发动机重量设计方法研究

航空发动机重量设计是一个系统工程,各个研制阶段或者各零部件、系统分别独立进行重量设计不能适应新时期发动机的重量等指标的研制要求。本文探索了新形势下的发动机重量设计方法,分析了先进技术对重量设计的影响,初步搭建了基于多学科优化的重量设计模型,并进行了可行性探讨。