CN107463752B - 一种潜在熔断位置的确定方法及整机设计方法 - Google Patents

一种潜在熔断位置的确定方法及整机设计方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种潜在熔断位置的确定方法及整机设计方法，属于航空技术领域，本发明通过对发动机整机模拟多种引起风扇叶片断裂的事件及模拟多种极限载荷工况，根据两种模拟结果，利用潜在熔断位置的确定方法确定发动机整机的潜在熔断位置，并对比熔断位置的失效响应确定整机的熔断设计方案，从而实现了风扇叶片断裂后，可以使发动机整机上的潜在熔断位置进行熔断，从而避免了风扇叶片断裂后，由于断裂叶片对发动机的影响而导致二次事故的发生，进而保证了飞行中的安全性。

Description

一种潜在熔断位置的确定方法及整机设计方法
技术领域
本发明涉及航空发动机技术领域，尤其涉及一种潜在熔断位置的确定方法及整机设计方法。
背景技术
在航空技术领域，由于异物撞击发动机的风扇，从而导致风扇叶片的断裂，当风扇叶片断裂后，可能会使得发动机的整体不能正常工作，更严重的是风扇叶片断裂后会发生二次事故，比如：当断裂的叶片撞击发动机，而导致发动机脱落，更严重的情况可能会导致坠机等灾难性的事件。
由于风扇叶片断裂事件本身很难避免，在传统的发动机的整机设计中，提高发动机的强度以满足飞机的安全性的要求。然而随着发动机涵道比的不断提升，风扇尺寸越来越大，由此而产生的导致风扇叶片断裂的载荷也越来越大。如果继续沿用传统方法加强发动机的强度必然导致发动机的重量的攀升，进而增加设计难度和成本。
发明内容
本发明的目的在于提出一种潜在熔断位置的确定方法及整机设计方法，能够解决现有技术中由于风扇叶片断裂后容易发生二次事故而降低飞机飞行的过程中的安全性的技术问题。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
一种潜在熔断位置的确定方法，包括以下步骤：根据应力情况初选熔断位置；初选熔断位置后，在初选的熔断位置中，根据结构上是否具有可实施性精选熔断位置。
进一步的，根据应力情况初选熔断位置指的是根据断裂应力σF与极限应力σlimit的对比关系进行判断。
进一步的，所述对比关系指的是同一时刻及同一位置处的断裂应力σF与极限应力σlimit的比值，即
σF/σlimit＝I。
进一步的，当I＞1.5时，则判断该位置为初选的熔断位置。
为了达到上述目的，本发明还提供了一种整机设计方法，包括以下步骤：
1)、整机进行模拟多种引起风扇叶片断裂的事件的瞬态仿真，得到断裂应力σF与时间t的对应关系；
2)、整机进行模拟多种极限载荷工况下的稳态仿真，得到极限应力σlimit与时间t的对应关系；
3)、根据上述潜在熔断位置的确定方法，选择潜在熔断位置；
4)、整机进行模拟多种引起风扇叶片断裂的事件的瞬态仿真，使所述潜在熔断位置逐一失效，并记录潜在熔断位置的失效后的响应，将失效后的响应与步骤1)中相应的位置的非失效后的响应进行比较，确定熔断设计方案。
进一步的，所述确定熔断设计方案之后，对步骤4)中的所述潜在熔断位置进行熔断测试，所述熔断测试包括潜在熔断位置是否按照熔断设计方案依次失效。
进一步的，根据所述熔断测试的测试结果，利用质量控制的设计方法对所述熔断设计方案进行优化。
进一步的，所述熔断设计方案包括模拟断裂应力σF与极限应力σlimit在时间上的对比关系，主动选择潜在熔断位置的熔断次序。
进一步的，所述熔断设计包括变强度结构设计和亚表面细网结构设计。
进一步的，所述变强度结构设计包括应用梯度材料及改变材质的厚度和刚度。
本发明的有益效果：本发明通过对发动机整机模拟多种引起风扇叶片断裂的事件及模拟多种极限载荷工况，根据两种模拟结果选择潜在熔断位置，并对比熔断位置的失效响应确定整机的熔断设计方案，从而实现了风扇叶片断裂后，可以使发动机整机上的潜在熔断位置进行熔断，从而避免了风扇叶片断裂后，由于断裂叶片对发动机的影响而导致二次事故的发生，进而保证了飞行中的安全性。
具体实施方式
为了使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
本实施例提供了一种潜在熔断位置的确定方法，该潜在熔断位置的确定方法应用于飞机的发动机风扇叶片断裂后，对发动机整机上的熔断位置的确定，当发动机整机上的熔断位置确定后，可以根据熔断位置对发动机进行熔断，从而避免了断裂的叶片对发动机整机的影响，从而避免了二次事故的发生，进而保证了飞行中的安全性。
该潜在熔断位置的确定方法包括以下步骤：根据应力情况初选熔断位置；初选熔断位置后，在初选的熔断位置中，根据结构上是否具有可实施性精选熔断位置。当发动机的整机的所有位置中，同时满足上述两个条件的位置，则确定该位置为潜在熔断位置。需要说明的结构上具有可实施性指的是，整机的某个部位或者某个结构是否适合做出相应的结构方面的改变或者调整。
其中，根据应力情况初选熔断位置指的是根据断裂应力σF与极限应力σlimit的对比关系进行判断。需要说明的是，所述对比关系指的是同一时刻及同一位置处的断裂应力σF与极限应力σlimit的比值，即σF/σlimit＝I。当I＞1.5时，则判断该位置为初选的熔断位置。
本实施例还提供了一种整机设计方法，该整机设计方法基于风扇叶片断裂后，利用熔断技术对发动机整机上的潜在熔断位置进行熔断。
该整机设计方法，包括以下步骤：
步骤1：整机进行模拟多种引起风扇叶片断裂的事件的瞬态仿真，得到断裂应力σF与时间t的对应关系。
其中，多种引起风扇叶片断裂的时间包括鸟撞、气压变化、振动等形式。
步骤2：整机进行模拟多种极限载荷工况下的稳态仿真，得到极限应力σlimit与时间t的对应关系；。
需要说明的是，极限载荷指的是发动机安全正常工作时整机各部能承受的最大载荷。
步骤3：根据上述潜在熔断位置的确定方法，选择潜在熔断位置；
步骤4：整机进行模拟多种引起风扇叶片断裂的事件的瞬态仿真，使所述潜在熔断位置逐一失效，并记录潜在熔断位置的失效后的响应，将失效后的响应与步骤1中相应的位置的非失效后的响应进行比较，确定熔断设计方案。其中，失效后的响应包括结构的错位、变形、弯曲、膨胀及断裂等。
本实施例通过对发动机整机模拟多种引起风扇叶片断裂的事件及模拟多种极限载荷工况，根据两种模拟结果，利用上述潜在熔断位置的确定方法确定发动机整机的潜在熔断位置，并对比熔断位置的失效响应确定整机的熔断设计方案，从而实现了风扇叶片断裂后，可以使发动机整机上的潜在熔断位置进行熔断，从而避免了风扇叶片断裂后，由于断裂叶片对发动机的影响而导致二次事故的发生，进而保证了飞行中的安全性。
步骤5：确定熔断设计方案之后，对步骤4中的所述潜在熔断位置进行熔断测试，所述熔断测试包括潜在熔断位置是否按照熔断设计方案依次失效。本实施例提供的整机设计方法中，根据所述熔断测试的测试结果，从而判断潜在熔断位置是否按照熔断设计方案依次进行了熔断，本实施例通过熔断测试，可以验证风扇叶片断裂后，发动机整机的潜在熔断位置是否可以按照一定的次序进行熔断，从而保证发动机整机的潜在熔断位置熔断时，具有一定的时序性，从而保证了整机可以在空间和时间上满足熔断的要求。
步骤6：利用质量控制的设计方法对所述熔断设计方案进行优化。本实施例通过对步骤5中的熔断测试结果进行优化，从而进一步保证了潜在熔断位置在熔断时满足空间和时间上的要求。使得整机可以在预定的位置完成熔断，保证了整机熔断设计的可靠性。
其中，熔断设计方案包括模拟断裂应力σF与极限应力σlimit在时间上的对比关系，主动选择潜在熔断位置的熔断次序。使得发动机整机的潜在熔断位置熔断时，具有一定的时序性，从而保证了整机可以在空间和时间上满足熔断的要求。
上述熔断设计方案还包括变强度结构设计和亚表面细网结构设计，所述变强度结构设计包括应用梯度材料及改变材质的厚度和刚度。具体的，各个潜在熔断位置的熔断设计按照时间顺序依次进行熔断。
上述变强度结构设计属于对整机进行宏观的结构设计，具体的包括应用梯度材料及改变材质的厚度和刚度等，以实现整机在熔断的过程中进行断裂吸能、错位吸能及撞击载荷的分布。需要说明的是，变强度结构设计不限于应用梯度材料及改变材质的厚度和刚度，还可以采用其他的方式，本实施例不作限定。
上述亚表面细网结构设计属于对整机的潜在熔断位置进行亚表面的结构设计，使得潜在熔断位置的内部结构实现错位吸能和破裂吸能的效果。
注意，以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施方式的限制，上述实施方式和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内，本发明的要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (6)

1.一种潜在熔断位置的确定方法，其特征在于，包括以下步骤：根据应力情况初选熔断位置；初选熔断位置后，在初选的熔断位置中，根据结构上是否具有可实施性精选熔断位置，结构上是否具有可实施性指的是整机上部位或者结构是否适合做出相应的结构方面的改变或者调整；
所述潜在熔断位置的确定方法应用于飞机的发动机风扇叶片断裂后，对发动机整机上的熔断位置的确定，当发动机整机上的熔断位置确定后，根据熔断位置对发动机进行熔断，从而避免了断裂的叶片对发动机整机的影响，避免了二次事故的发生，保证了飞行中的安全性；
根据应力情况初选熔断位置指的是根据断裂应力σF与极限应力σlimit的对比关系进行判断；
所述对比关系指的是同一时刻及同一位置处的断裂应力σF与极限应力σlimit的比值，即
σF/σlimit＝I；
当I＞1.5时，则判断该位置为初选的熔断位置。
2.一种整机设计方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)、整机进行模拟多种引起风扇叶片断裂的事件的瞬态仿真，得到断裂应力σF与时间t的对应关系；
2)、整机进行模拟多种极限载荷工况下的稳态仿真，得到极限应力σlimit与时间t的对应关系；
3)、根据权利要求1所述的潜在熔断位置的确定方法，选择潜在熔断位置；
4)、整机进行模拟多种引起风扇叶片断裂的事件的瞬态仿真，使所述潜在熔断位置逐一失效，并记录潜在熔断位置的失效后的响应，将失效后的响应与步骤1)中相应的位置的非失效后的响应进行比较，确定熔断设计方案；
确定熔断设计方案之后，对步骤4)中的所述潜在熔断位置进行熔断测试，所述熔断测试包括潜在熔断位置是否按照熔断设计方案依次失效。
3.根据权利要求2所述的整机设计方法，其特征在于，根据所述熔断测试的测试结果，利用质量控制的设计方法对所述熔断设计方案进行优化。
4.根据权利要求2所述的整机设计方法，其特征在于，所述熔断设计方案包括模拟断裂应力σF与极限应力σlimit在时间上的对比关系，主动选择潜在熔断位置的熔断次序。
5.根据权利要求2所述的整机设计方法，其特征在于，所述熔断设计包括变强度结构设计和亚表面细网结构设计。
6.根据权利要求5所述的整机设计方法，其特征在于，所述变强度结构设计包括应用梯度材料及改变材质的厚度和刚度。
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