机匣安装边结构密封设计与分析

作     者：田顺米 

作者单位：沈阳航空航天大学 

学位级别：硕士

导师姓名：艾延廷;付鹏哲

授予年度：2023年

学科分类：082502[工学-航空宇航推进理论与工程] 08[工学] 0825[工学-航空宇航科学与技术] 

主      题：机匣安装边 泄漏量 密封保持性 安装边结构参数 外载荷参数 

摘      要：航空发动机是一种结构高度复杂且零件精密的热力机械,为航空器提供飞行所需动力的装置。航空发动机内各部分机匣采用安装边螺栓结构进行连接,由于机匣的内部存在高温高压的气体,机匣安装边接触面之间会发生气体泄漏,导致发动机性能损失,甚至会造成严重事故。因此,本文研究内容对机匣安装边螺栓连接结构密封设计具有至关重要的意义。本文以带止口机匣安装边结构简化模型为研究对象,运用ANSYS Workbench有限元软件进行仿真计算,采用接触分析的方法对其接触面平均间隙进行计算分析,研究机匣安装边高度、安装边厚度、安装边的锥角、螺栓预紧力、气体压力和轴向载荷对安装边密封特性的影响,进而分别得出各个机匣安装边结构参数和外载荷参数对安装边密封特性的影响规律。对机匣安装边在不同气体压力和不同螺栓预紧力下进行密封保持性有限元仿真计算,通过基于等效间隙的泄漏量计算方法来获取安装边的泄漏量,得到机匣安装边在持续轴向载荷下的泄漏量变化,分析不同螺栓预紧力和不同气体压力下持续轴向载荷对机匣安装边密封保持性的影响规律。搭建密封性能测试试验台,测量试验件在不同螺栓预紧力和不同气体压力下受到持续轴向载荷时的密封保持性,实现机匣安装边密封保持性试验验证。数值仿真表明,安装边接触面的平均间隙随着安装边高度、锥角、气体压力和轴向载荷的增大而增大,随着安装边厚度的增大而减小,随着螺栓预紧力的增大先快速减小后缓慢增大。机匣安装边在不同气体压力和不同螺栓预紧力下安装边接触面的泄漏量随着持续轴向载荷的不断增大而呈指数型函数增加,当安装边受到的持续轴向载荷较小时,安装边的密封保持性较好,当安装边受到的持续轴向载荷较大时,安装边的密封保持性骤然降低,安装边密封性能大幅度下降。试验表明,试验件在不同气体压力下安装边接触面的泄漏量随着持续轴向载荷的不断增大而呈非线性增加,当机匣安装边受到的持续轴向载荷较小时,泄漏量随着持续轴向载荷的增大而呈线性缓慢增加,安装边的密封保持性较好,当安装边受到的持续轴向载荷较大时,泄漏量随着持续轴向载荷的增大而呈指数型函数快速增加,安装边的密封保持性骤然降低,安装边的密封性能大幅度下降,试验结果与数值仿真结果吻合。