【摘 要】
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航空发动机的机匣安装边一旦发生较大的气体泄漏,会降低压气机的工作效率和排气裕度,导致发动机超温,进而使发动机偏离其共同工作线,影响航空发动机工作的稳定性。为进一步提高航空发动机气动性能,提升发动机设计水平,需要建立航空发动机机匣安装边气体泄漏量定量计算方法,实现机匣安装边泄漏量定量评估,为航空发动机机匣安装边设计、装配,以及密封性能的优化提供方法与手段。本文提出了一种基于等效平行间隙的机匣安装边泄
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航空发动机的机匣安装边一旦发生较大的气体泄漏,会降低压气机的工作效率和排气裕度,导致发动机超温,进而使发动机偏离其共同工作线,影响航空发动机工作的稳定性。为进一步提高航空发动机气动性能,提升发动机设计水平,需要建立航空发动机机匣安装边气体泄漏量定量计算方法,实现机匣安装边泄漏量定量评估,为航空发动机机匣安装边设计、装配,以及密封性能的优化提供方法与手段。本文提出了一种基于等效平行间隙的机匣安装边泄漏量定量计算方法,该方法既考虑安装边接触面处的微观粗糙形貌,又考虑工作过程中安装边所受接触压力分布的不均匀性。基于该方法,对安装边的三种几何参数:螺栓直径,螺栓数量及安装边厚度;安装边的主要加工参数即表面粗糙度;安装边的主要装配参数即螺栓预紧力;安装边在工作状态下所受的外载荷:温度、内部气体压力及轴向力等进行了有限元计算及泄漏量分析。结果表明,随着螺栓直径的增加,安装边的泄漏量逐渐减小,但减小的幅度较小;随着螺栓数量的增加,安装边的接触压力增加,接触间隙减小,安装边的泄漏量减小;随着安装边厚度的增加,安装边的结构刚度增加,应力集中改善,抵抗变形能力增加,接触间隙减小,整体泄漏量减小;随着安装边表面粗糙度的增加,安装边的微观粗糙形貌起伏更明显,泄漏量增加;随着螺栓预紧力的减小,安装边的接触压力逐渐减小,接触间隙逐渐变大,泄漏量逐渐增加;温度的变化对安装边的密封性影响较小,温度升高,泄漏量略微减小;内部气体压力对安装边的密封性影响较大,内部气体压力越大,则接触间隙越大,气体流速越大,泄漏量越大;轴向力对安装边密封性影响较小,轴向压力越大,接触压力越大,接触间隙越小,泄漏量越小。最后,进行了机匣安装边密封性试验研究,验证了泄漏量计算结果的准确性,证明了本文所提方法的有效性,对发动机密封性能评估、机匣安装边结构优化设计,以及发动机气动性能的进一步提升具有理论和工程应用价值。
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