[发明专利]一种航空发动机燃烧室寿命预测方法

摘要

本发明涉及一种航空发动机燃烧室寿命预测方法，包括：航空发动机燃烧室CFD分析；航空发动机燃烧室弹塑性静力学分析；航空发动机燃烧室载荷谱编制；航空发动机燃烧室基体合金疲劳试验件设计：设计哈氏合金蠕变‑疲劳实验实验标准件；航空发动机燃烧室基体合金疲劳试验载荷设计；航空发动机燃烧室基体合金试验；采用支持向量机(SVM)与遗传算法(GA)相结合的方法，建立航空发动机燃烧室基体合金损伤预测模型；航空发动机燃烧室寿命预测。

主权项

一种航空发动机燃烧室寿命预测方法，包括下列步骤：(1)航空发动机燃烧室CFD分析：获得航空发动机的典型工况，获得典型工况下发动机工作过程中燃烧室出入口气动参数及燃油消耗量等发动机运行状态参数；对航空发动机实体模型进行非接触式三维扫描，获取点云数据并生成发动机三维模型，结合发动机的结构对三维模型选取合适计算域，对计算域进行网格离散，考虑发动机工作过程中燃烧过程、冷热气流掺混过程、流体域与固体域传热过程，采用试车台测实测试数据设置CFD模型边界条件，对发动机工作过程中燃烧室内进行的复杂过程进行CFD模拟，获得燃烧室基体的温度、压力参数的分布；(2)航空发动机燃烧室弹塑性静力学分析：进行航空发动机燃烧室基体材料高温拉伸试验，获得不同温度下航空发动机燃烧室基体合金应力‑应变曲线，建立航空发动机燃烧室基体合金弹塑性本构模型；将CFD计算得到的温度作为载荷；结合航空发动机燃烧室基体合金弹塑性本构模型；按照燃烧室实际装配情况，约束燃烧室基体向自由度，获得各工况下航空发动机燃烧室应力/应变分布；(3)航空发动机燃烧室载荷谱编制：获得飞机各工况时间占比，结合步骤(1)、步骤(2)的分析结果获得航空发动机燃烧室各位置温度‑应变‑时间的对应关系，编制航空发动机燃烧室载荷谱；(4)航空发动机燃烧室基体合金疲劳试验件设计：设计哈氏合金蠕变‑疲劳实验实验标准件；(5)航空发动机燃烧室基体合金疲劳试验载荷设计：采用最优拉丁超立方设计方法，在温度、平均应变、应变比、保载时间、加载速度等多个维度上，均匀正交地设计实验载荷，在保证载荷在影响因素各个维度空间均匀填充的前提下尽可能地减少实验次数；(6)航空发动机燃烧室基体合金试验：在步骤(4)与步骤(5)的前提下进行航空发动机燃烧室基体合金高温疲劳试验，获得不同温度、平均应变、应变比、拉伸保载时间、压缩保载时间、加载速度下航空发动机燃烧室基体合金疲劳寿命，获得单次试验循环下航空发动机燃烧室基体合金损伤Dd；(7)采用支持向量机(SVM)与遗传算法(GA)相结合的方法，建立航空发动机燃烧室基体合金损伤预测模型，方法如下：选取温度、平均应变、应变比、拉伸保载时间、压缩保载时间、加载速度构成初始特征子集，采用基于遗传算法的特征子集选择方法剔除对航空发动机燃烧室基体合金损伤预测模型预测精度影响小的特征因素，获得最优特征子集；采用径向基函数作为航空发动机燃烧室基体合金损伤预测模型预测模型的核函数；采用遗传算法同时优化航空发动机燃烧室基体合金损伤预测模型的特征子集和支持向量机参数；(8)航空发动机燃烧室寿命预测：将步骤(3)获得的载荷谱作为步骤(7)获得模型的输入量，获得每次起落循环下航空发动机燃烧室的疲劳损伤Di，计算航空发动机燃烧室总损伤D，当D达到1时，可认为零部件失效，发生疲劳破坏，此时n即为航空发动机燃烧室发生破坏时的起落循环次数，航空发动机燃烧室发生破坏时的起落循环次数乘以单次起落循环的工作时间即为航空发动机燃烧室发生破坏时的工作时间。