工作状态下燃烧室声振耦合特性研究

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1、中图分类号：V231.92论文编号：102870717-S071学科分类号：082304硕士学位论文工作状态下燃烧室声振耦合特性研究研究生姓名罗沛学科、专业载运工具运用工程研究方向航空器监测诊断与健康管理指导教师郑敏副教授南京航空航天大学研究生院民航学院二О一八年一月NanjingUniversityofAeronauticsandAstronauticsTheGraduateSchoolCollegeofCivilAviationResearchonacoustic-vibrationcouplingcharacteristicsofcombusti

2、onchamberinserviceAThesisinVehicleOperationEngineeringbyLuopeiAdvisedbyViceProf.ZhengMinSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringJanuary,2018南京航空航天大学硕士学位论文摘要当航空发动机运行时，燃烧室时刻处于高温高压环境中，承受复杂载荷，如果燃烧室发生故障，将影响整体发动机性能。燃烧室中的各种载荷并不是孤立存在的，结构的振动特性与这些因素相

3、关。燃烧室中的声载荷作用在结构上，结构振动也使周围的气流产生振动，这就是燃烧室的声振耦合现象。工作状态下的燃烧室不可避免地存在声振耦合现象，为了减少故障发生并延长设计寿命，有必要对工作状态下的燃烧室声振耦合特性进行深入研究。本文采用有限元分析软件ANSYS，对铝箱和燃烧室模型做了仿真计算。具体来说，首先对结构较简单的铝箱模型进行开口和闭口两种状态下的常温仿真计算，分别得到声振耦合和非声振耦合情况下的铝箱模型模态参数；在此基础上，对更复杂的燃烧室模型进行常温下的仿真计算，得到了声振耦合和非声振耦合情况下的燃烧室模型模态参数，还得到了开口和闭口两种状态下的

4、空腔模型声场模态参数；然后通过分别改变空气和甲烷质量流量的方式，对多种燃烧工况下的燃烧室模型进行了单向热声振耦合仿真计算，得到了各工况下的温度场、声场、总压分布，并进行燃烧室模型模态和谐响应仿真分析。此外，本文对铝箱和燃烧室结构采用多种方式进行模态试验，利用分析软件M+PSOAnalyzer进行数据采集分析，进一步研究铝箱和燃烧室结构的振动特性。具体来说，分别对两种结构做了开口和闭口两种状态下的试验，分别运用锤击法和随机激励法来模拟工作状态下结构受到的冲击和随机载荷，其中燃烧室随机激励法又分别采用激振器和扬声器作为激励设备，用来模拟燃烧室结构受到的随机

5、机械载荷和随机声载荷。通过对铝箱和燃烧室的仿真计算与模态试验结果对比分析，发现声振耦合结果更接近试验结果。这说明本文使用的声振耦合仿真技术路线是有效的，对持续改进燃烧室性能有一定的参考意义。关键词：燃烧室，声振耦合，模态分析，有限元I工作状态下燃烧室声振耦合特性研究ABSTRACTThecombustionchamberofaero-engineisinhightemperatureandhighpressureenvironmentundertheworkingcondition.Thecombustionchamberissubjectedtoco

6、mplexloads;itsfailurewillresultinfailureoftheturbine,whichaffectstheoverallengineperformanceinturn.Thevariousloadsinthecombustionchamberdonotexistinisolation,andtheseloadsaffectvibrationcharacteristicsofthestructure.Theacousticloadgeneratedinthecombustionchambercausesthestructur

7、etovibrate,andthevibrationofthestructurecausesvibrationoftheambientgas,whichistheso-calledacoustic-vibrationcouplingphenomenonofthecombustionchamber.Itisanunavoidablephenomenonundertheworkingcondition.Inordertoreducetheprobabilityofcombustionchamberfailureandmakethedesignlifeoft

8、hecombustionchamberlonger,itisnecessarytofullys