航空发动机滑油箱支架断裂故障分析

针对某型航空发动机整机试车过程中多次发生的滑油箱支架断裂故障,对支架故障件进行了断口分析、装配状态结构位移测量、强度分析、振动应力分析,结果表明：由于滑油箱支架是双吊耳悬臂结构,在对滑油箱箍带施加拧紧力矩过程中,滑油箱支架双吊耳会产生明显的不协调变形,导致支架单侧吊耳由于偏载承受了较大的附加装配应力,随发动机工作时支架单侧吊耳综合应力增大,从而在吊耳应力集中位置发生高周疲劳断裂。通过将支架结构改为跨安装边的桥型连接结构,并用带球头螺母的双头螺杆将其与箍带进行连接,在滑油箱安装过程中保证支撑结构具有一定的长度和角度补偿能力,经强度分析、振动应力测量和发动机长久试车验证,滑油箱支架未再发生相同故障,表明改进方案可靠有效。     

航空发动机滑油箱支架断裂失效分析

针对在某发动机试车过程中发生的滑油箱支架断裂故障,通过外观检查、断口分析、磨损痕迹对比分析、材质分析以及 有限元分析计算等失效分析方法,确定了故障支架的断口性质以及断裂原因。分析结果表明：发动机滑油箱故障支架断口为起源 于吊耳内弧表面的高周疲劳断口。故障支架存在悬臂结构,当对螺栓施加拧紧力矩时,支架的悬臂结构会产生明显的变形不协 调,使支架的2个吊耳出现偏载,导致支架局部应力集中,是疲劳裂纹萌生的主要原因。在发动机试车过程中,支架在装配应力和 振动应力综合作用下,裂纹在支架应力集中区域萌生并扩展导致支架最终断裂。提出了完善设计结构形式并减小拧紧力矩等改 进建议,避免类似故障再次发生。     

航空发动机滑油箱防火试验验证

从适航条款的要求出发,对滑油箱防火试验要求、验证方法、判据准则等进行研究,并对某型民用涡轴发动机滑油箱进行防火试验验证,可为今后其他型号开展滑油箱防火试验提供指导依据。     

航空发动机滑油箱油量的实时测量方法研究

对航空发动机滑油箱油量测量技术进行了研究。首先概述了滑油箱油量的测量方式及原理,并在此基础上运用UG二次开发对航空发动机滑油箱油量分析系统进行了开发。通过该系统对航空发动机的滑油箱滑油模型进行了分析,建立了传感器浸油深度、飞机姿态角与滑油体积关系的三维数据库,为后续对滑油箱油量的实时测量提供数据库。     

多工况载荷下航空发动机支架拓扑优化设计

将基于变密度法的拓扑优化技术引入到航空发动机外部支撑结构(例如附件支架)设计中,以多工况下的总柔度为目标函数,以体积为约束函数对某发动机支架进行基于拓扑优化的结构设计。根据发动机机匣与附件的相对位置关系建立支架初始模型,开展发动机外部支架结构受力分析研究,建立了基于多工况载荷下拓扑优化和考虑强度影响的尺寸优化相结合的发动机外部支撑结构设计方法,并对最终支架结构进行强度、振动、外廓性校核评估。结果表明：最终模型最大应力出现在工况3情况下,最大主应力为345 MPa低于材料疲劳极限;支架的第1阶固有频率在发动机最高转速频率的125倍以上。采用该方法对某发动机外部支撑结构进行拓扑优化设计,在满足强度、振动和外廓要求的前提下,最终模型质量仅为初始模型的73%。基于多工况的优化结果更符合发动机实际工作需求,该方法研究具有工程应用前景。     

多工况下的发动机支架拓扑优化设计

为综合考虑航空发动机支架的各性能指标,提高支架结构的设计质量并实现轻量化,进行了结构拓扑优化方法在发动机附件支架设计中的应用研究。以某油滤支架为例,根据该油滤附件与其相邻结构的相对空间位置关系建立支架的初始模型,基于HyperWorks软件平台,在工况分析及载荷简化的基础上,以总柔度为目标函数,采用加权折衷规划法建立了多工况下的支架结构拓扑优化的数学模型,并对比了优化前后支架的应力、位移、固有频率和质量。结果表明：在静强度储备相当的基础上,优化后支架质量减轻了23%,结构刚度整体上提高了30%以上,且第1阶固有频率提高了62%,减轻支架质量的同时提高了结构性能,可为发动机类似结构的优化设计提供一定的参考。     

基于拓扑与尺寸优化的飞机发动机支撑架轻量化设计

为了提高飞机结构性能,实现为机身结构减重的设计目的,通过拓扑和尺寸优化对飞机发动机支撑架结构进行轻量化设计.在新结构的基础上,以各管件外径为自变量,以结构的最大变形为约束,以体积最小为优化目标,利用遗传算法获得结构的最优尺寸.综合对比优化前和优化后的结构,结果显示通过拓扑与尺寸优化得到的结构有更好的力学性能和更轻的结构...     

拓扑优化方法在航空用钣金零件设计中的应用

为了满足航空产品高载重量及低耗油率的要求,采用拓扑优化技术对航空用钣金零件进行结构优化,实现了钣金零件强度高和重量轻的指标.案例分析表明,在航空用钣金零件初始设计阶段引入拓扑优化方法,会比设计过程中单纯使用结构尺寸优化和形状优化获得更大的经济效益.     

航空发动机多辐板风扇盘拓扑优化与形状优化设计技术

为了设计出高性能航空发动机风扇盘结构,首先采用基于自适应随机抽样双向渐进拓扑优化方法对风扇盘进行拓扑优化,得到轮盘合理拓扑构型,然后基于该拓扑构型,采用形状优化方法对轮盘构型做进一步优化。结果表明,在满足强度要求下,设计出了高性能的三辐板、四辐板风扇盘最终减重19.23%,21.59%(其中拓扑优化减重17.12%,19.43%),并且最优解应变能密度分布更加均匀,说明了宽弦风扇盘的合理构型是由若干辐板组成的多辐板结构。      

基于OptiStruct飞机装配型架框架结构的优化设计

建立了飞机装配型架框架优化设计的数学模型;首先对型架框架进行拓扑优化,确定框架的拓扑结构;然后对框架进行截面尺寸优化,确定梁的最终截面尺寸.通过与初始结构的对比,证明了优化设计所取得的效果.     

基于激光选区熔化的航空发动机喷嘴减重设计及制造技术研究

航空发动机喷嘴是影响燃烧性能的关键部件,其组件众多、结构复杂,尤其内部流道加工困难,导致制造周期长、成本高。然而,作为非主承力件的喷嘴非常适用于激光选区熔化制造技术(SLM),这得益于激光选区熔化加工精度高,自由成形能力强,材料组织致密度高。基于SLM可实现自由制造的技术优势,首先对喷嘴的壳体组件进行了一体化设计,并进行了受力分析和拓扑优化,然后采用SLM打印了成形件,经过测量,可获得13.5%的轻量化效果,打印误差小于0.2mm,满足局部精加工的余量要求,随炉试件力学性能达到传统铸锻件水平。SLM简化了喷嘴的加工工序,缩短了制造周期,流道成形精度高,达到了减轻重量和改善性能的目的。     

基于拓扑和尺寸优化的翼肋类结构设计研究

开展了以机翼翼肋为模型的布局与尺寸优化设计,在结构优化的过程中,采用两级优化的设计方法。第一级采用拓扑优化,应用变密度法,由此得到了翼肋大致构形及其挖孔位置;第二级采用尺寸优化,将复合形法与NASTRAN的方向法相结合,分别优化出翼肋上杆的截面积和肋板各部分的厚度,两者相互结合,最终完成了翼肋结构的布局优化设计。对普通肋板和优化之后的肋板在性能参数上做了对比研究。结果表明：经过结构优化,结构材料的质量减少约30%（自定义约束条件）,同时,结构自身的刚度,强度等性能参数有很大改进,验证了文中算法在减重方面是可行和有效的。     

基于离散粒子群算法的航空发动机总装工艺优化方法

为了提高航空发动机总装工作的效率与质量,加强对总装工序和总装机件的管控,量化不同总装人员工作任务量,提高发动机总装的一致性和可追溯性,提出了1种发动机总装分区优化方法。以改进的2进制粒子群算法为基础,平衡了发动机总装各区域的工作内容,最小化各总装区域的工作差异,增强了每个区域装配机件的关联度,提高了总装工作的并行度,从而提高了装配质量。以某型发动机总装区域划分工作为实例,通过上述算法进行了总装区域划分,量化了所有装配区域每一工序的具体装配内容,减小了不同装配区域间的机件差异,杜绝了缺件、剩件等装配问题。     

基于精益线平衡的航电整机产品装配产线优化

为提高航空电整机产品装配线的生产效率,应对航电整机产品装配工艺复杂,批量小、品种多的特点, 应用精益生产理论对航电整机产品装配产线进行优化研究。本文以航电整机产品装配工艺为分析依据,以装配 工艺、空间占地、人员数量为约束条件,通过运用价值流分析定位产线改善目标;通过工时平衡分析和操作标 准化方法改进装配工艺;在改善工艺的基础上,通过建立物料传送线、设计流转料箱等方式,重新布局产线和 改进装配设备,使得产线产能提高60% 以上,对航电整机产品的现代化生产具有一定的推广价值。     

基于二级优化技术的襟翼导轨设计方法研究及应用

结构质量对飞机的各项性能具有至关重要的影响,为了有效降低飞机结构质量,合理布置材料,提高材料的利用效率,发展一种二级优化设计技术.以外襟翼平面导轨结构为研究对象,将优化设计问题分解成两个易于求解的子问题——顶层优化设计和底层优化设计,顶层优化设计采用拓扑方法确定腹板的加筋形式,底层优化设计采用尺寸优化确定襟翼导轨的厚度分布;通过两层优化,在结构质量最小化的基础上,使得结构形式最优化.结果表明:在保证应力和位移水平的前提下,二级优化设计技术可以快速有效地减轻结构质量,具有一定的工程应用价值.     

基于拓扑优化的叶盘压电阻尼器性能研究

针对压电分支阻尼技术在航空发动机叶盘结构振动抑制问题中的应用,提出了一种拓扑优化方法,可给出限定用量的压电材料在轮盘上的最佳位置,以提升压电分支阻尼的上限。在轮盘上布置压电材料还可防止对叶片通道内流场的影响,避免降低流体效率。首先,论述了该拓扑优化方法的原理,推导了模态机电耦合系数这一核心参数的计算公式及其与最佳阻尼比、模态应变场的关系。其次,建立了基于模态应变场的压电材料分布拓扑优化方法,可用于任意有限元模型。最后,将该优化方法应用于一个航空发动机压气机叶盘结构模型,分别针对单一和多阶模态进行了压电材料在轮盘上分布的拓扑优化,研究这种铺设方式对各典型模态(轮盘主导、叶片主导、耦合振动)的振动抑制效果。结果表明,在仅采用占轮盘质量5%的压电材料的情况下,优化后的压电阻尼器最多可以为轮盘振动主导模态及叶片-轮盘耦合振动模态提供约13%的模态阻尼比,为叶片主导模态提供的模态阻尼比集中在2%～4%。     

Topology optimization of joint load control with geometrical nonlinearity

This paper presents an extended topology optimization approach considering joint load constraints with geo-metrical nonlinearity in design of assembled structures. The geometrical nonlinearity is firstly included to reflect the structural response and the joint load distribution under large deformation. To avoid a failure of fastener joints, topology optimization is then carried out to minimize the structural end compliance in the equilibrium state while controlling joint loads intensities over fasteners. During nonlinear analysis and optimization, a novel implementation of adjoint vector sensitivity analysis along with super element condensation is introduced to address numerical instability issues. The degrees of freedom of weak regions are condensed so that their influences are excluded from the iterative Newton-Raphson (NR) solution. Numerical examples are presented to validate the efficiency and robustness of the proposed method. The effects of joint load constraints and geometrical nonlinearity are highlighted by comparing numerical optimization results.