基于有限元的SR20飞机空调压缩机安装方式优化设计-论文.pdf

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1、科技创新与应用I2014年第21期科技创新基于有限元的SR20飞机空调压缩机安装方式优化设计王凯(中国民航飞行学院洛阳分院，河南洛阳471001)摘要：针对SR20飞机空调压缩机安装结构，运用有限元分析软件ANSYS，对该结构及连接部件进行精确的数值建模，然后利用ANSYS对该结构在外载荷作用下的力学特性进行数值模拟分析，并运用后处理对数值分析结果进行数据及图像描述，最后对压缩机及连接部件的力学性能进行评估，并通过数值模拟分析设计优化后该结构的动力响应及力学性能，为压缩机结构的改进设计和日常维护提供了有力依据。关键词：压缩机结构；有限元建模；动

2、力响应；优化设计引言表1材料性能参数表SR20飞机作为新型引进的机型投入运行已一年多的时间，在材料弹性模量泊松比密度该机型上多次出现空调压缩机接耳及固定衬套裂纹、断裂等故障。(GPa)(u)(kg／m3)经初步的结构及受力及分析，发现造成压缩机裂纹故障频发的根本合金钢206O．37800原因在于空调压缩机与机匣连接设计存在缺陷，其安装固定方式不硬铝720．3327OO合理，据此判断该出现故障将是该机型的普遍现象，故有必要在该机型上对压缩机的固定方式进行优化设计和改进，否则势必造成在1．1压缩机结构有限元模型的建立飞行训练中压缩机裂纹故障高发，不

3、仅增加了机务维修工作的任务对压缩机结构的数值模拟分析主要考察该结构的动力特性及量，还对航材和人力资源造成了严重的浪费，降低了飞机的使用效危险部位的应力水平，由于接耳部位受力比较复杂，如果单元区划率。过于庞大，结果的正确性不能保障；如果采用四面体单元，则其计算文章将力学相关理论知识、数值建模仿真分析和工程实践经验精度无法保证；同时，如果单元形状过于繁杂或者笼统，则计算规模相结合：以一定程度的理论力学、材料力学、固体力学相关理论知识就必须要扩大，而且其计算精度会大大降低。为了保证求解精度的和相关实践经验为依托，对空调压缩机及其连接结构进行结构简化实

4、现，并且尽可能地减少网格数量并减少计算规模，在进行网格划和数值建模，以模拟该结构在实际中的力学特性，并为飞机制造商分时，可以将压缩机体元分化成较多个形状较为规则的独立个体提供高强度飞行训练使用条件下的压缩机故障统计、分析和优化改元，尽管接耳螺纹孔及相关连接部位的网格划分得比较细小，但是进可行性及实用性分析数据。其精度就能够被更加有效的保证。而其它体元采用映射网格划分方1压缩机安装结构有限元模型的建立法，可以将其形状划分为规则的六面体，利于数据的精准度分析。与该压缩机安装结构原理示意图如图1所示。压缩机下端通过其此类似，除了支撑片、衬套等与其它部

5、件相连接的部位的网格划分接耳、衬套的配合及螺杆的贯穿作用，与安装在发动机机匣的支撑比较细密外，其它部位均采用体元分割、网格映射等方法生成形状片相配合，另一端通过连杆固定在机匣上(图中未画出)，右端皮带较为规则的六面体单元。轮通过皮带的作用带动压缩机内部机构做旋转运动，从而保证空调1．2压缩机结构接触模型的建立系统的正常工作。为了保证模拟压缩机接耳与支撑片之间、接耳与螺杆之间以及该空调压缩机结构中，压缩机、接耳、支撑片、螺杆及皮带轮均支撑片与机匣之间的连接关系，就需要在其相连接、接触的部位建采用合金钢材料，衬套采用硬铝材料，其材料性能属性如表1所

6、示：立接触单元，连接其技术工作点，因为由于生成的接触部位对有可能出现局部的初始渗透，会产生影响，所以须将CONTA174单元的压缩机皮带轮关键字9设置成1，即删除初始渗透，防止模型初始接触与实际不符。网格划分后总的实体单元数是24224，接触单元数是5192，节点数是31288。整个三维有限元模型如图2所示。1．3边界条件和载荷的施加根据该压缩机结构的设计规划条件，支撑片与机匣为一整体结构，其下端面作为基础。因此在该结构的动力学分析中，将压缩机支杆支撑片下端面全部自由度约束，以模拟其力传递到基础的过程；压缩机接耳及衬套通过固定螺杆与压缩机支撑片

7、进行固定、连接。根据压缩机的工作原理，该压缩机皮带轮皮带张力应满足数值要求机匣(9．5—12．2N·m)。所以其能够对压缩机皮带轮及轴承部位添加两个图1压缩机安装结构原理示意图周期内交变的压力加载曲线以模拟其皮带张力从最小值到最大值部的全方位润洗，特殊工况下，也可以使润洗喷头接近管壁的某一位好的操作环境。置，实现特殊部位的强力清洗。5结束语第三，吸液装置的应用。所谓的润洗装置其实就是一块外径略大于文章介绍了传统皂膜流量计的一种改良方案，提供了一种新型的皂膜管内径的环形海绵，塞到皂膜管口处吸收破碎的皂膜液滴。这样启膜方式，并首次提出在传统的皂膜流

8、量计基础之上加入润洗装置和做，既能避免皂膜液溢出污染皂膜管外壁及实验台，又能防止破碎液滴吸液装置，从而可以极大的提高实验效率和测试结果的准确性，同时整