本申請屬于航空發(fā)動機(jī)，特別涉及一種航空發(fā)動機(jī)低壓渦輪軸使用載荷譜壽命計(jì)算方法。

背景技術(shù)：

1、航空發(fā)動機(jī)的低壓渦輪軸是重要的承力和傳力部件，在使用中低壓渦輪軸的受載非常復(fù)雜，既承受著由于發(fā)動機(jī)內(nèi)部氣動參數(shù)變化引起的氣動載荷，包括氣動扭矩和軸向力；也承受著由于飛機(jī)飛行引起的機(jī)動載荷，包括慣性力、慣性力矩和陀螺力矩。

2、載荷是影響零部件壽命的主要因素，也是進(jìn)行零部件壽命分析、試驗(yàn)的基礎(chǔ)。盡管目前航空發(fā)動機(jī)都裝有飛參記錄儀，記錄著與發(fā)動機(jī)使用狀態(tài)相關(guān)的大量參數(shù)，但是對于低壓渦輪軸的使用載荷仍然無法實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)測量。盡管目前的航空發(fā)動機(jī)都裝有飛參記錄儀，可以記錄與發(fā)動機(jī)使用狀態(tài)相關(guān)的大量參數(shù)，但是由于受到使用安全、測試技術(shù)等因素限制，對于低壓渦輪軸的氣動扭矩、軸向力以及機(jī)動飛行引起的慣性載荷，仍然無法實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)測量和記錄，無法為低壓渦輪軸的壽命設(shè)計(jì)和試驗(yàn)提供使用載荷譜。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了解決上述問題，本申請?zhí)峁┝艘环N航空發(fā)動機(jī)低壓渦輪軸使用載荷譜壽命計(jì)算方法，包括：

2、選取計(jì)算低壓渦輪軸壽命的關(guān)鍵狀態(tài)點(diǎn)；

3、基于關(guān)鍵狀態(tài)點(diǎn)在低壓渦輪軸氣動載荷譜查找氣動載荷，基于關(guān)鍵狀態(tài)點(diǎn)在低壓渦輪軸機(jī)動載荷譜查找機(jī)動載荷；

4、基于氣動載荷與機(jī)動載荷計(jì)算低壓渦輪軸應(yīng)力；

5、基于所述應(yīng)力計(jì)算低壓渦輪軸的壽命。

6、低壓渦輪軸氣動載荷譜的計(jì)算方法包括：

7、選取用于氣動載荷模擬計(jì)算的計(jì)算狀態(tài)點(diǎn)；

8、基于計(jì)算狀態(tài)點(diǎn)的總體性能參數(shù)、部件氣動參數(shù)、空氣系統(tǒng)參數(shù)、滑油系統(tǒng)參數(shù)計(jì)算低壓渦輪軸的氣動扭矩和軸向力；

9、建立以發(fā)動機(jī)進(jìn)口總壓、進(jìn)口總溫和低壓渦輪轉(zhuǎn)速作為回歸參數(shù)、以計(jì)算狀態(tài)點(diǎn)的氣動扭矩和氣動軸向力為結(jié)果的多元回歸模型；多元回歸模型的擬合系數(shù)通過最小二乘法擬合得到；

10、將發(fā)動機(jī)飛行參數(shù)中記錄的進(jìn)口總壓、進(jìn)口總溫、低壓轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速代入多元回歸模型中，得到低壓渦輪軸的氣動扭矩譜和氣動軸向力譜。

11、優(yōu)選的是，所述多元回歸模型形式如下：

12、

13、fi為某一狀態(tài)點(diǎn)的氣動載荷，包含氣動扭矩和氣動軸向力；pi、ti、ni為某一狀態(tài)點(diǎn)的進(jìn)口總壓、總溫、轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速，c0、c1、c2、c3為擬合系數(shù)。

14、優(yōu)選的是，擬合系數(shù)采用最小二乘法進(jìn)行擬合得到。

15、優(yōu)選的是，通過飛行高度、飛行馬赫數(shù)，計(jì)算出飛行過程中每一時(shí)刻的進(jìn)口總壓，計(jì)算公式如下：

16、

17、式中：h為飛行高度，單位為km；

18、ps為靜壓，單位為pa；

19、p1為進(jìn)口總壓，單位為pa；

20、ma為飛行馬赫數(shù)；

21、k為大氣比熱比。

22、優(yōu)選的是，低壓渦輪軸機(jī)動載荷譜的計(jì)算方法包括：對發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)子及其支撐系統(tǒng)建立結(jié)構(gòu)梁模型；

23、計(jì)算出結(jié)構(gòu)梁模型中低壓軸在各支點(diǎn)處的反力；

24、根據(jù)受力平衡、將單位機(jī)動工況下的機(jī)動載荷與飛參數(shù)據(jù)中的機(jī)動載荷系數(shù)時(shí)間序列進(jìn)行矩陣運(yùn)算，得到包含低壓軸關(guān)鍵截面處機(jī)動彎矩、剪力的機(jī)動載荷譜。

25、優(yōu)選的是，結(jié)構(gòu)梁模型原則包括：發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)子支撐系統(tǒng)簡化為簡支梁；轉(zhuǎn)子支撐系統(tǒng)中的滾珠軸承簡化為固定鉸支座，滾棒軸承簡化為活動鉸支座；轉(zhuǎn)子部件的質(zhì)量以集中力的形式作用在部件質(zhì)心處；轉(zhuǎn)子支點(diǎn)的距離取軸承中心的對稱中心處。

26、優(yōu)選的是，支點(diǎn)處的反力計(jì)算方法包括：

27、飛機(jī)做機(jī)動飛行時(shí)產(chǎn)生于各轉(zhuǎn)子部件質(zhì)心處的慣性力、慣性力矩和陀螺力矩；

28、根據(jù)力和力矩的平衡方程，分別計(jì)算單位機(jī)動工況下低壓渦輪軸的支點(diǎn)反力。

29、本發(fā)明提出一種航空發(fā)動機(jī)低壓渦輪軸使用載荷譜的計(jì)算方法，基于發(fā)動機(jī)飛參數(shù)據(jù)中的測試參數(shù)，通過理論推導(dǎo)、數(shù)值模擬和回歸分析等方法，分別建立氣動載荷、機(jī)動載荷計(jì)算模型，快速準(zhǔn)確的得到發(fā)動機(jī)低壓渦輪軸的使用載荷譜，避免大量的計(jì)算迭代，無需對發(fā)動機(jī)進(jìn)行改裝測試，縮短了設(shè)計(jì)周期，節(jié)約研制成本。

技術(shù)特征：

1.一種航空發(fā)動機(jī)低壓渦輪軸使用載荷譜壽命計(jì)算方法，其特征在于，包括：

2.如權(quán)利要求1所述的航空發(fā)動機(jī)低壓渦輪軸使用載荷譜壽命計(jì)算方法，其特征在于，所述氣動載荷計(jì)算方法包括：

3.如權(quán)利要求2所述的航空發(fā)動機(jī)低壓渦輪軸使用載荷譜壽命計(jì)算方法，其特征在于，所述多元回歸模型形式如下：

4.如權(quán)利要求3所述的航空發(fā)動機(jī)低壓渦輪軸使用載荷譜壽命計(jì)算方法，其特征在于，

5.如權(quán)利要求3所述的航空發(fā)動機(jī)低壓渦輪軸使用載荷譜壽命計(jì)算方法，其特征在于，

6.如權(quán)利要求1所述的航空發(fā)動機(jī)低壓渦輪軸使用載荷譜壽命計(jì)算方法，其特征在于，所述機(jī)動載荷譜計(jì)算方法包括：

7.如權(quán)利要求5所述的航空發(fā)動機(jī)低壓渦輪軸使用載荷譜壽命計(jì)算方法，其特征在于，

8.如權(quán)利要求7所述的航空發(fā)動機(jī)低壓渦輪軸使用載荷譜壽命計(jì)算方法，其特征在于，支點(diǎn)處的反力計(jì)算方法包括：

技術(shù)總結(jié)
本申請屬于航空發(fā)動機(jī)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種航空發(fā)動機(jī)低壓渦輪軸使用載荷譜壽命計(jì)算方法，包括：選取計(jì)算低壓渦輪軸壽命的關(guān)鍵狀態(tài)點(diǎn)；基于關(guān)鍵狀態(tài)點(diǎn)在低壓渦輪軸氣動載荷譜查找氣動載荷，基于關(guān)鍵狀態(tài)點(diǎn)在低壓渦輪軸機(jī)動載荷譜查找機(jī)動載荷；基于氣動載荷與機(jī)動載荷計(jì)算低壓渦輪軸應(yīng)力；基于所述應(yīng)力計(jì)算低壓渦輪軸的壽命，基于發(fā)動機(jī)飛參數(shù)據(jù)中的測試參數(shù)，通過理論推導(dǎo)、數(shù)值模擬和回歸分析等方法，分別建立氣動載荷、機(jī)動載荷計(jì)算模型，快速準(zhǔn)確的得到發(fā)動機(jī)低壓渦輪軸的使用載荷譜，避免大量的計(jì)算迭代，無需對發(fā)動機(jī)進(jìn)行改裝測試，縮短了設(shè)計(jì)周期，節(jié)約研制成本。

技術(shù)研發(fā)人員：曲文宇,劉洋,尚爾魁
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國航發(fā)沈陽發(fā)動機(jī)研究所
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/30