[发明专利]一种机匣包容试验装置及其设计方法

说明书

本发明涉及一种机匣包容试验装置及其设计方法。该设计方法包括步骤：S1，对带有静子叶片的机匣进行包容试验，经动力学分析，获得转子叶片飞出穿透机匣时机匣的关键点的变形量及转子叶片飞出的初速度和飞出角度；S2，按照刚度接近原则设计加强环的初始模型；S3，用加强环的初始模型替换静子叶片，对机匣进行包容试验并进行动力学分析；S4，比较步骤S1和S3的动力学分析结果，若两者差异超过5％，则修正加强环的尺寸，执行步骤S3。本发明提出了一种机匣包容试验装置及其设计方法，能在降低包容试验成本的同时保证试验的准确性，为机匣包容性设计与适航取证工作提供支持。

技术领域

本发明涉及航空发动机压气机制造技术领域，尤其涉及一种机匣包容试验装置及其设计方法。

背景技术

航空发动机转子叶片旋转速度高，工作环境恶劣，转子叶片有发生断裂飞出的风险。虽然概率很低，但一旦发生，就会对飞行安全造成重大威胁，特别是如果转子叶片碎片穿过机匣发生非包容失效，击穿机身、燃油箱等，更有可能导致灾难性事故，造成经济损失和人员伤亡。因此，发动机机匣需要具有足够的包容性以防范转子叶片飞出对飞机造成损伤。

目前在发动机机匣的包容性问题的研究和验证领域已有很多工作开展，主要使用数值模拟、试验等手段进行，如采用动力学分析得出机匣包容区域的包容性能，并通过一定的等效手段开展机匣包容性试验等。然而目前对机匣包容试验多采用直接使用完整机匣直接进行试验的方法，成本较高。特别是，考虑到部分机匣包容区域前后带有静子叶片的情况，如增压级机匣、高压压气机内机匣，对于这种机匣来说，静子叶片及内环虽不直接影响包容性能，但其对整个机匣刚度会造成影响，从而间接改变叶片碎片穿出的方向和轨迹。但若在试验件中包括包容区前后级静子叶片，势必提高整个试验件的制造成本，延长试验件制造周期，造成浪费。

发明内容

针对现有技术的上述问题，本发明提出了一种机匣包容试验装置及其设计方法，能在降低试验成本的同时保证试验的准确性，为机匣包容性设计与适航取证工作提供支持。

具体地，本发明提出了一种机匣包容试验装置的设计方法，包括步骤：

S1，对带有静子叶片的机匣进行包容试验，经动力学分析，获得转子叶片飞出穿透所述机匣时所述机匣的关键点的变形量及所述转子叶片飞出的初速度和飞出角度；

S2，按照刚度接近原则设计所述加强环的初始模型；

S3，用所述加强环的初始模型替换所述静子叶片，对所述机匣进行包容试验，经动力学分析，获得所述转子叶片飞出穿透所述机匣时所述机匣的关键点的变形量及所述转子叶片飞出的初速度和飞出角度；

S4，比较步骤S1和S3的动力学分析结果，若两者差异超过5％，则修正所述加强环的初始模型的尺寸，执行步骤S3。

根据本发明的一个实施例，所述刚度接近原则是使所述加强环的初始模型与所述静子叶片的质心轴向位置一致，所述初始模型的环形半径不超过所述静子叶片的前缘到尾缘距离，所述初始模型的最大最小半径差与所述静子叶片一致。

根据本发明的一个实施例，在步骤S4，判断差异超过5％的步骤包括，比较在步骤S1中所述关键点的变形量与所述步骤S3中所述关键点的变形量，两者的差异超过5％。

根据本发明的一个实施例，所述关键点的变形量的差异是指在步骤S1和S3中所述关键点的位移差。

根据本发明的一个实施例，在步骤S4，判断差异超过5％的步骤包括，比较步骤S1中所述转子叶片飞出的初速度和飞出角度与所述步骤S3中所述转子叶片飞出的初速度和飞出角度，所述初速度或飞出角度的差异不超过5％。

根据本发明的一个实施例，在步骤S4，修正所述加强环的初始模型的尺寸包括调整所述加强环的环形半径的数值以及调整所述加强环的厚度。