航空发动机外部管路调频的有限元计算方法

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1、2010年簟36鲞舞1期V01．36No．1Feb．2010]口／31航空发动机外部管路调频的有限元计算方法冯凯。郝勇，廉正彬(沈阳发动机设计研究所，沈阳110015)摘要：利用有限元方法对航空发动机外部管路模态进行了计算，得到了管路的固有频率及模态振型；通过计算．分析了安装不同数量、位置的卡箍对管路固有频率的影响，以此为依据进行了管路调频，避免了管路共振的发生。关键词：管路模态；调频；卡箍；航空发动机FiniteElementAnalysisMethodofFrequencyModulationforAeroengineExterna

2、IIinesFENGKai．HAOYong,LIANZheng-bin(ShenyangAeroengineResearchInstitute，Shenyang110015，China)冯凯(1∞1)，男。硕士，从事航空发Abstract：Thee腑，7矗line5脚如矿咖钟胧，曙妇啪scnfc以咖dbytheFin／ze动机总体结构设计。E琵，船nlAnalysis(FEA)method．ThenaturalfrequencyandmodalsJ呷e旷龇lines雠陀⋯一一alsoobtaine&The乞膨c拈ofdifferentn

3、umberandai#erentpositionhoopsOiltheline收稿日期：200蛳04一naturalfrequencywereanalyzedby舭calculation．AccordingtOtheanalysis．thelinere$ort,oJ_lcecouldbeavoidedbythelinefrequencymodulation．Keywords：ineemode；钉equencymodulation；hoop；aeroenginel1引言航空发动机外部管路主要用于输送燃油、滑油和空气等介质，：是发动机附件系

4、统的重要组成部：分，在发动机使用过程中常常发：生断裂、漏油、渗油故障。据有关：资料介绍，在中国目前的成熟发：动机(如wP6、WP7)中，外部导管：断裂故障占全部空中飞行结构故：障总数的52％t1I，高居结构故障之：首。受外部管路局部设计不合理、：工艺不规范以及工作温度、管路：振动频率和应力的影响而发生的：各种故障，在中外航空史上也不：乏其例。因此，开展管路振动研究：对提高管路的安全可靠性，保证：发动机正常运行具有非常重要的：意义。本文利用有限元方法对航空：发动机外部管路模态作了计算，：分析了安装不同数量、位置的卡：箍对管路固有频率的影响

5、。2管路振动控制途径引起管路断裂的原因有加：工、装配、温度和振动等，其中振动常常成为管路断裂的主要原因和诱导因素。发动机管路振动，按激励的性质，可以分为强迫振动和自激振动。强迫振动是指管路在外界或内部的周期性(或随机性)机械载荷、流体载荷作用下产生的振动，自激振动是指管路内部介质运动与管路振动耦合形成振荡激励所产生的振动。振动的最主要来源是转子不平衡或不对中等原2010年第36童囊1期V01．30No．IFeb．2010因引起的振动通过机匣、卡箍作用于管路。控制和降低发动机管路振动的途径主要有以下几种12]。(I)激振力水平控制无论是共

6、振还是其它类型的强迫振动，管路的响应水平均与管路承受的激振力大小直接相关。(2)响应水平控制管路振动响应控制途径包括调整频率和增加阻尼2种。a．调整频率调整频率的主要目的是把管路的固有频率调到发动机工作转速频率之外，避免在发动机工作过程中出现管路共振。因为在共振条件下，即使是较小的激振力也可能产生很大的振动应力。调整频率的基本原则是把管路的1阶固有频率调到发动机工作转速频率的1．25倍以上IzI。根据管路频率调整的需要，适当配置固定卡箍的数量和位置或增大管路直径等。b．增加阻尼增加管路系统中的结构阻尼是减小管路振动响应的1个有效途径，可

7、通过在卡箍与管路接触面之间安装氟塑料衬套或金属橡胶衬套等减振材料来实现。(3)控制管路的装配应力装配应力的存在将影响管路承受振动疲劳的能力。(4)加工装配损伤控制加工装配造成的损伤直接影响管路的疲劳极限，故应尽量避免和控制。3管路调频仿真计算目前，中国还没有实现在航空发动机设计阶段对管路振动进行分析计算，仅在少数管路排故中采用有限元仿真对管路振动进行分析。在管路设计阶段，应用NX．Nastran软件分别对在卡箍的数量和位置不同时的管路振动进行了仿真计算，并对该管路进行了调频处理，旨在避免发生管路共振。根据管路调频方法，可以通过配置固定卡

8、箍的数量和位置或增大管路直径来调整管路的固有频率。但对于有固定用途的管路，一般不允许改动其直径，因此，分别计算了在单根管路上的卡箍数量和位置不同时该管路的固有频率及其振型，得到该管路的最佳卡箍数量和位置分布