高压涡轮瞬态叶尖径向运行间隙计算分析.pdf

《高压涡轮瞬态叶尖径向运行间隙计算分析.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、学术论文RESEARCH*高压涡轮瞬态叶尖径向运行间隙计算分析CalculationandAnalysisforTransientBlade-TipRadialRunningClearanceofHPT北京航空航天大学能源与动力工程学院费成巍白广忱范觉超[摘要]为了改善现代航空发动机整体性能和可规则变化。若在设计时涡轮叶尖和机匣之间预留的径靠性，将热分析和结构分析耦合起来，以航空发动机从向间隙过大，会降低发动机性能和增加耗油率，若过小[2]地面启动到巡航这一过程为研究对象，对涡轮转子进会使叶片与机匣都

2、发生摩擦和碰撞。为此，寻找涡轮行瞬态叶尖径向运行间隙计算分析。在计算中考虑了叶尖径向间隙设计最优值一直是发动机设计师们努力材料、温度和离心载荷的非线性，以及惯性力和温度的的方向。影响叶尖径向间隙变化的主要因素是转子与[3]复杂的边界条件，分别对叶片、轮盘和机匣的变形进行机匣的径向伸长量。目前，国内外常采用数值模拟分计算和分析，进而得出涡轮叶尖径向运行间隙的变化析方法，利用有限元软件对叶尖径向间隙的变化规律进规律以及与试验相符合的计算结果。该计算分析方法行分析，计算了发动机工作中温度场和应力分布，确定[

3、2-6]为涡轮叶尖径向运行间隙的概率分析和优化设计奠定了构件的径向位移量。为涡轮叶尖间隙的概率分析、了基础。间隙优化设计以及主动控制奠定了基础。关键词：航空发动机　高压涡轮　瞬态　叶尖径然而，国内外的相关研究中对涡轮转子的温度场施向运行间隙　机匣加的边界条件少，对离心力的分析过于简单，没有进行[ABSTRACT]Inordertoimprovetheperfor-完整的间隙计算。因此，本文充分考虑材料、温度和转manceandtheprobabilityoftheaeroengine,coupling

4、速的非线性变化的影响，以及考虑复杂的惯性力和温度ofthermalanalysisandstructuralanalysis,takingthe场边界条件，尝试对涡轮转子叶尖运行间隙进行瞬态计processofaeroenginefromthegroundtocruiseasre-算和分析。searchobject,thetipradialrunningclearanceofturbinerotorisanalyzedandcalculated.Inthecalculation,the1　叶尖径向运行

5、间隙计算方法thermal-structurecoupleddisplacementsofthecasing,涡轮叶尖径向间隙的计算方法如下：对机匣、叶片discandbladeareanalyzedtakingintoaccountthenon-和涡轮盘进行单独建模，并分别计算出它们在温度和离linearofthematerial,temperatureandcentrifugalloads,心力载荷下的径向变形，再根据下式给出的叶尖间隙随[5]andthecomplexboundarycondit

6、ionsofthetransient时间的变化函数进行计算。inertiaforceandthetransienttemperature,andthenitisδ(t)=δ+uss(t()-t)u−d(tu)-du(tb)(t−)，ub(t)（1）obtainedtothechangeregularityofblade-tipradialrun-式中，δ(t)表示运行中t时刻的叶尖间隙，δ代表初始时ningclearancewithtimeandthereasonablecalculation的叶尖间

7、隙设计值；us(t)、ud(t)、ub(t)分别表示T时刻的result.Theanalysisandcalculationmethodologyinthis涡轮机匣、叶片和轮盘的径向位移。paperisbasicofprobabilityanalysisandreliabilityop-在数值模拟时，将整个飞行历程简化为若干个时间timizationdesignforturbinetipradialclearance.点，对每个时间点上的us(t)、ud(t)和ub(t)分别进行计算，Keyword

8、s:AeroengineHighpressturbine(HPT)并在坐标图上绘制成曲线，可得叶尖间隙δ(t)随时间的TransientBlade-tipradialrunningclearanceCas-变化量。ing2　涡轮部件的换热条件涡轮叶尖径向运行间隙严重影响了航空发动机的2.1　涡轮盘的换热[1]性能和耗油率，并进一步影响全寿命费用。在飞机一涡轮盘在无热源的轴对称稳定温度场内，温度函数[7]个起落中，发动机部件（特别是涡轮）的径向位移受到温T