CN105756726B - 一种提高机匣刚度的方法 - Google Patents
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Abstract
一种提高机匣刚度的方法，采用环形加强筋、螺旋加强筋、等格栅加强筋结构、加强区域和机匣的组合结构。根据已知的加强区域壳体半径R，在初步的加强区域宽度内依据公式确定相应的设计要素，再经由强度计算校验，精确选取4个设计要素，完成等格栅加强筋提高机匣刚度的设计；宽度为W的加强区域为圆柱段或圆锥段；环形加强筋在宽度为W的加强区域内沿发动机轴线等距均布；两个相邻环形加强筋之间由螺旋加强筋构成稳定的三角形加强结构；螺旋加强筋的起点、终点以及交点全部在环形加强筋上。本发明的优点：更好的提高机匣承受各种载荷和包容转子叶片的能力，改善加强筋的结构效率，显著提高机匣的刚度，有益于提高整机同轴度和改善振动特性。
Description
技术领域
本发明涉及航空发动机领域，特别涉及了一种提高机匣刚度的方法。
背景技术
航空发动机机匣为典型的回转体圆柱状结构，其功能是构成发动机稳定的工作流路，固定内部静子叶片、外部附件等一系列结构件，同时作为发动机的主体结构，需传递发动机推力以及承受各种载荷和机动过载，并包容转子叶片，其结构强度也将直接影响发动机的同轴度和整机振动特性，因此如何合理的提高机匣的刚度，将直接关系到上述功能的实现，对发动机的结构性能有着重要的影响。
传统结构，如图1所示，发动机机匣局部采用多道环形加强筋提高发动机机匣的刚度，此结构的典型应用在机匣安装边局部区域以及转子叶片飞出的包容区域。多道环形加强筋的方法一定程度上改善了机匣的刚度，但其过于简单的结构形式限制了其加强功能的进一步发挥提高。
发明内容
本发明的目的是为了有效提高机匣刚度，特提供了一种提高机匣刚度的方法。
本发明提供了一种提高机匣刚度的方法，其特征在于：所述的提高机匣刚度的方法，采用环形加强筋1、螺旋加强筋2、等格栅加强筋结构3、加强区域4和机匣5组合结构。根据已知的加强区域壳体半径R，在初步的加强区域宽度内依据公式1确定相应的设计要素，再经由强度计算校验，精确选取4个设计要素，完成等格栅加强筋提高机匣刚度的设计。
宽度为W的加强区域4为圆柱段或圆锥段，圆锥段需将此方法进行圆锥面投影应用；
环形加强筋1在宽度为W的加强区域4内沿发动机轴线等距均布。
两个相邻环形加强筋1之间由螺旋加强筋2构成稳定的三角形加强结构，此三角形必须为等腰三角形，并等腰三角形底边位于环形加强筋1上，底角为α。
螺旋加强筋2的起点、终点以及交点全部在在环形加强筋1上。
针对机匣安装边或叶片包容等区域，依据设计要求，关联确定加强区域的宽度、加强筋宽度、加强筋高度以及等格栅加强筋角度共4个设计要素，具体计算方法如下：
式中：W——加强区域的宽度
w——加强筋宽度，w经验选取范围2mm≤w≤10mm
h——加强筋高度，即加强筋相对于机匣壳体的增量高度
α——等格栅加强筋角度
R——加强区域壳体半径，即机匣壳体外径，此参数已知
n1、n2——整数系数，n1与等格栅加强筋底边长度l关联，由公式b确定，l经验选取范围14mm≤l≤90mm；n2为环形加强筋的数目
其中：
等格栅加强筋底边长度l计算公式如下：
环形加强筋距离d计算公式如下：
加强区域宽度W计算公式如下：
W＝d·n2+w d
公式a的由公式b、c、d推导而得；根据已知的加强区域壳体半径R，在初步的加强区域宽度内依据公式a确定相应的设计要素，再经由强度计算校验，精确选取4个设计要素，完成等格栅加强筋提高机匣刚度的设计；
在利用上述方法和公式设计机匣等格栅加强筋布局时需遵循以下几点：
宽度为W的加强区域4可以是圆柱段也可以是圆锥段，圆锥段需将此方法进行圆锥面投影应用；
n2条环形加强筋1在宽度为W的加强区域4内沿发动机轴线等距均布；
两个相邻环形加强筋1之间由螺旋加强筋2构成稳定的三角形加强结构，此三角形必须为等腰三角形可为等边三角形，并等腰三角形底边位于环形加强筋1上，底角为α；
螺旋加强筋2的起点、终点以及交点全部在在环形加强筋1上。
本发明的优点：
本发明所述的提高机匣刚度的方法，相较于传统的环形加强筋形式，发明的等格栅加强筋布局可更好的提高机匣承受各种载荷和包容转子叶片的能力，改善加强筋的结构效率，显著提高机匣的刚度，有益于提高整机同轴度和改善振动特性。
附图说明
下面结合附图及实施方式对本发明作进一步详细的说明：
图1为传统环形加强筋布局示意图；
图2为等格栅加强筋布局示意图；
图3为等格栅加强筋局部剖视示意图。
具体实施方式
实施例1
本发明提供了一种提高机匣刚度的方法，其特征在于：所述的提高机匣刚度的方法，采用环形加强筋1、螺旋加强筋2、等格栅加强筋结构3、加强区域4和机匣5组合结构。根据已知的加强区域壳体半径R，在初步的加强区域宽度内依据公式1确定相应的设计要素，再经由强度计算校验，精确选取4个设计要素，完成等格栅加强筋提高机匣刚度的设计。
宽度为W的加强区域4为圆锥段，将此方法进行圆锥面投影应用；
环形加强筋1在宽度为W的加强区域4内沿发动机轴线等距均布。
两个相邻环形加强筋1之间由螺旋加强筋2构成稳定的三角形加强结构，此三角形必须为等腰三角形，并等腰三角形底边位于环形加强筋1上，底角为α。
螺旋加强筋2的起点、终点以及交点全部在在环形加强筋1上。
针对机匣安装边或叶片包容等区域，依据设计要求，关联确定加强区域的宽度、加强筋宽度、加强筋高度以及等格栅加强筋角度共4个设计要素，具体计算方法如下：
式中：W——加强区域的宽度
w——加强筋宽度，w经验选取范围2mm≤w≤10mm
h——加强筋高度，即加强筋相对于机匣壳体的增量高度
α——等格栅加强筋角度
R——加强区域壳体半径，即机匣壳体外径，此参数已知
n1、n2——整数系数，n1与等格栅加强筋底边长度l关联，由公式b确定，l经验选取范围14mm≤l≤90mm；n2为环形加强筋的数目
其中：
等格栅加强筋底边长度l计算公式如下：
环形加强筋距离d计算公式如下：
加强区域宽度W计算公式如下：
W＝d·n2+w d
公式a的由公式b、c、d推导而得；根据已知的加强区域壳体半径R，在初步的加强区域宽度内依据公式a确定相应的设计要素，再经由强度计算校验，精确选取4个设计要素，完成等格栅加强筋提高机匣刚度的设计；
在利用上述方法和公式设计机匣等格栅加强筋布局时需遵循以下几点：
宽度为W的加强区域4可以是圆柱段也可以是圆锥段，圆锥段需将此方法进行圆锥面投影应用；
n2条环形加强筋1在宽度为W的加强区域4内沿发动机轴线等距均布；
两个相邻环形加强筋1之间由螺旋加强筋2构成稳定的三角形加强结构，此三角形必须为等腰三角形可为等边三角形，并等腰三角形底边位于环形加强筋1上，底角为α；
螺旋加强筋2的起点、终点以及交点全部在在环形加强筋1上。
实施例2
本实施例提供了一种提高机匣刚度的方法，其特征在于：所述的提高机匣刚度的方法，采用环形加强筋1、螺旋加强筋2、等格栅加强筋结构3、加强区域4和机匣5组合结构。根据已知的加强区域壳体半径R，在初步的加强区域宽度内依据公式1确定相应的设计要素，再经由强度计算校验，精确选取4个设计要素，完成等格栅加强筋提高机匣刚度的设计。
宽度为W的加强区域4为圆柱段；
环形加强筋1在宽度为W的加强区域4内沿发动机轴线等距均布。
两个相邻环形加强筋1之间由螺旋加强筋2构成稳定的三角形加强结构，此三角形必须为等腰三角形，并等腰三角形底边位于环形加强筋1上，底角为α。
螺旋加强筋2的起点、终点以及交点全部在在环形加强筋1上。
针对机匣安装边或叶片包容等区域，依据设计要求，关联确定加强区域的宽度、加强筋宽度、加强筋高度以及等格栅加强筋角度共4个设计要素，具体计算方法如下：
式中：W——加强区域的宽度
w——加强筋宽度，w经验选取范围2mm≤w≤10mm
h——加强筋高度，即加强筋相对于机匣壳体的增量高度
α——等格栅加强筋角度
R——加强区域壳体半径，即机匣壳体外径，此参数已知
n1、n2——整数系数，n1与等格栅加强筋底边长度l关联，由公式b确定，l经验选取范围14mm≤l≤90mm；n2为环形加强筋的数目
其中：
等格栅加强筋底边长度l计算公式如下：
环形加强筋距离d计算公式如下：
加强区域宽度W计算公式如下：
W＝d·n2+w d
公式a的由公式b、c、d推导而得；根据已知的加强区域壳体半径R，在初步的加强区域宽度内依据公式a确定相应的设计要素，再经由强度计算校验，精确选取4个设计要素，完成等格栅加强筋提高机匣刚度的设计；
在利用上述方法和公式设计机匣等格栅加强筋布局时需遵循以下几点：
宽度为W的加强区域4可以是圆柱段也可以是圆锥段，圆锥段需将此方法进行圆锥面投影应用；
n2条环形加强筋1在宽度为W的加强区域4内沿发动机轴线等距均布；
两个相邻环形加强筋1之间由螺旋加强筋2构成稳定的三角形加强结构，此三角形必须为等腰三角形可为等边三角形，并等腰三角形底边位于环形加强筋1上，底角为α；
螺旋加强筋2的起点、终点以及交点全部在在环形加强筋1上。
Claims (2)
1.一种提高机匣刚度的方法，其特征在于：所述的提高机匣刚度的方法，采用环形加强筋(1)、螺旋加强筋(2)、等格栅加强筋结构(3)、加强区域(4)和机匣(5)组合构造；根据已知的加强区域壳体半径R，在初步的加强区域宽度内确定相应的设计要素，再经由强度计算校验，精确选取4个设计要素，完成等格栅加强筋提高机匣刚度的设计；
宽度为W的加强区域(4)为圆柱段或圆锥段，圆锥段需将此方法进行圆锥面投影应用；
环形加强筋(1)在宽度为W的加强区域(4)内沿发动机轴线等距均布；
两个相邻环形加强筋(1)之间由螺旋加强筋(2)构成稳定的三角形加强结构，此三角形必须为等腰三角形，并且等腰三角形底边位于环形加强筋(1)上，底角为α；螺旋加强筋(2)的起点、终点以及交点全部在环形加强筋(1)上。
2.按照权利要求1所述的提高机匣刚度的方法，其特征在于：针对机匣安装边或叶片包容的区域，依据设计要求，关联确定加强区域的宽度、加强筋宽度、加强筋高度以及等格栅加强筋角度共4个设计要素，具体计算方法如下：
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<mi>a</mi>
<mo>)</mo>
</mrow>
</mrow>
式中：W——加强区域的宽度
w——加强筋宽度，w经验选取范围2mm≤w≤10mm
h——加强筋高度，即加强筋相对于机匣壳体的增量高度
α——等格栅加强筋角度
R——加强区域壳体半径，即机匣壳体外径，此参数已知
n1、n2——整数系数，n1与等格栅加强筋底边长度l关联，由公式(b)确定，l经验选取范围14mm≤l≤90mm；n2为环形加强筋的数目
其中：
等格栅加强筋底边长度l计算公式如下：
<mrow>
<mi>l</mi>
<mo>=</mo>
<mfrac>
<mrow>
<mn>2</mn>
<mo>&CenterDot;</mo>
<mi>&pi;</mi>
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<mo>(</mo>
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<mo>+</mo>
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</mrow>
<msub>
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环形加强筋距离d计算公式如下：
<mrow>
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<mo>=</mo>
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<mo>-</mo>
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<mo>(</mo>
<mi>c</mi>
<mo>)</mo>
</mrow>
</mrow>
加强区域宽度W计算公式如下：
W＝d·n2+w (d)
公式(a)的由公式(b)、(c)、(d)推导而得；根据已知的加强区域壳体半径R，在初步的加强区域宽度内依据公式(a)确定相应的设计要素，再经由强度计算校验，精确选取4个设计要素，完成等格栅加强筋提高机匣刚度的设计；
在利用上述方法和公式设计机匣等格栅加强筋布局时需遵循以下几点：
宽度为W的加强区域(4)可以是圆柱段也可以是圆锥段，圆锥段需将此方法进行圆锥面投影应用；
n2条环形加强筋(1)在宽度为W的加强区域(4)内沿发动机轴线等距均布；
两个相邻环形加强筋(1)之间由螺旋加强筋(2)构成稳定的三角形加强结构，此三角形必须为等腰三角形，并且等腰三角形底边位于环形加强筋(1)上，底角为α；
螺旋加强筋(2)的起点、终点以及交点全部在环形加强筋(1)上。
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