新型高空台动静架连接密封结构设计与推力修正

来源 :沈阳航空航天大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:xxk2010
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航空发动机高空模拟试验台(简称高空台)是评定发动机实际飞行功能的大型试验设备。为满足推力测量所需的轴向移动量,并考虑试验工况变化引起台架热胀冷缩,在高空舱导流盆与流量管之间需要设置非接触式的动静架连接密封结构。目前,国内高空台多采用直通式篦齿密封结构,由于试验工况多变,试验舱内外压差会导致动静架连接结构气流泄漏问题,试验舱内外温差还会导致动静架连接结构结冰问题,将影响高空台推力测量的准确性及试验的安全性,甚至无法满足更高的试验要求。因此,开展高空台动静架新型篦齿密封连接结构研究,对提高我国高空台试验能力有着重要的理论和工程应用价值。本文针对高空模拟试车台动静架连接处气体泄漏问题,开展基于中段进气的新型篦齿密封结构封严特性理论分析、数值模拟与试验研究。分析研究了篦齿密封封严机理,设计并搭建了高空台动静架新型篦齿密封实验台,通过有限元数值模拟研究了新型篦齿密封结构充气控制规律,并采用理论公式验证了实验结果与数值模型的准确性。利用验证后的模型研究了密封间隙、齿腔深宽比、篦齿齿数以及控制口进气孔数量等结构参数对新型篦齿连接结构封严特性的影响规律。选取篦齿齿尖厚、齿根厚及后倾角为参数变量,泄漏量为优化目标函数,根据Box-Behnken方法设计的样本点和数值计算结果建立二阶响应面模型,进行新型篦齿密封结构泄漏特性分析与参数优化,推导出高空台动静架新型篦齿连接结构附加阻力修正公式,并对其适用性进行了研究。研究表明,理论公式计算结果、实验结果与仿真结果误差均不超过10%,验证了本文模型的准确性;相比于高空台动静架初始连接结构,新型篦齿密封连接结构封严效果提高99.2%;通过优化设计与分析,普遍工况下新型篦齿连接结构泄漏量降低12.5%,使得密封结构更易于实现“零泄漏”密封效果;基于构造的新型连接结构推力公式,增加了由动静架连接处泄漏带来的附加阻力695.2 N,提高了高空台推力测量的准确性。
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