CN117744284A - 一种压气机转子止口压力面长度设计方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及航空发动机技术领域，公开了一种压气机转子止口压力面长度设计方法及装置，考虑发动机工作时的稳态工况和瞬态历程，采用二维转子强度分析方法获得转子止口的最大挤压力，在最大挤压力下采用最大接触应力限制值计算转子止口最小长度，能够避免转子止口配合面发生微观塑性变形，进而规避容易产生附加不平衡量引起转子振动增加的问题；通过鼓筒止口径向刚度、轮盘止口径向刚度、转子止口压力面设计紧度、转子止口压紧量下限值以及止口平均接触应力下限值分析获得转子止口压力面最大长度，能够保证止口配合面在任何状态下均保持压紧状态，确保止口处连接结构的稳定性，不影响转子系统的振动特性。
Description
技术领域
本发明涉及航空发动机技术领域，公开了一种压气机转子止口压力面长度设计方法及装置。
背景技术
由于结构、重量、加工及装配的限制，航空发动机转子需要由多种材料加工而成的构件通过不同形式的连接结构组合而成，导致转子结构不可避免的存在连接界面。
当转子系统处于高温高速旋转的状态下，连接界面的接触状态、接触应力分布和界面相对位置关系等接触特征参数均会发生较大改变，进而改变转子结构局部刚性，并产生附加不平衡量，引起转子系统振动特性发生明显变化。国内某型发动机在核心机地面台架试车过程中，曾多次出现了因压气机转子止口设计不合理引起的振动超限问题，导致发动机台架试车无法正常开展，严重制约了型号的研制进程。
为了提高压气机转子的连接稳健性，目前常见的手段为优化螺栓连接形式，如增加螺栓数目，提高预紧力等。实际上，若转子止口长度设计不合理，同样会导致转子局部刚度变化和增加附加不平衡量。
发明内容
本发明的目的在于提供一种压气机转子止口压力面长度设计方法及装置，能够避免转子止口配合面发生微观塑性变形，进而规避容易产生附加不平衡量引起转子振动增加的问题，且能够保证止口配合面在任何状态下均保持压紧状态，确保止口处连接结构的稳定性，不影响转子系统的振动特性。
为了实现上述技术效果，本发明采用的技术方案是：
一种压气机转子止口压力面长度设计方法，所述转子止口压力面为鼓筒止口和轮盘止口的接触面包括：
根据发动机工作时的稳态工况和瞬态历程，采用二维转子强度分析方法获得转子止口的最大挤压力；
根据最大挤压力、转子止口压力面的应力不均匀系数、转子止口直径分析获得转子止口压力面最小长度；
根据压气机转子止口压力面平均接触应力下限值，采用二维转子强度分析方法获得转子止口压紧量下限值；
根据鼓筒止口径向刚度、轮盘止口径向刚度、转子止口压力面设计紧度、转子止口压紧量下限值以及止口平均接触应力下限值分析获得转子止口压力面最大长度；
将转子止口压力面最小长度、转子止口压力面最大长度确定为压气机转子止口压力面长度范围。
进一步地，转子止口压力面最小长度根据分析获得，其中/>为转子止口压力面最小长度，/>为二维转子强度分析方法获得的转子止口的最大挤压力，/>为转子止口压力面的应力不均匀系数，/>为转子止口直径，/>为止口压力面材料中的屈服极限最小值。
进一步地，根据压气机转子止口压力面平均接触应力下限值，采用二维转子强度分析方法获得转子止口压紧量下限值的方法包括：若二维转子强度分析方法获得转子止口压紧量下限值小于0.1mm，则转子止口压紧量下限值取值为0.1mm，若二维转子强度分析方法获得转子止口压紧量下限值大于等于0.1mm，则取对应的分析值。
进一步地，转子止口压力面最大长度根据分析获得，其中为转子止口压力面最大长度，/>为鼓筒止口径向刚度，/>为轮盘止口径向刚度，/>为转子止口直径，/>为转子止口压紧量下限值，/>为止口平均接触应力下限值。
为实现上述技术效果，本发明还提供了一种压气机转子止口压力面长度设计装置，包括：
数据采集模块，用于根据发动机工作时的稳态工况和瞬态历程，采用二维转子强度分析方法获得转子止口的最大挤压力；
第一分析模块，用于根据最大挤压力、转子止口压力面的应力不均匀系数、转子止口直径分析获得转子止口压力面最小长度；
第二分析模块，用于根据压气机转子止口压力面平均接触应力下限值，采用二维转子强度分析方法获得转子止口压紧量下限值；
第三分析模块，用于根据鼓筒止口径向刚度、轮盘止口径向刚度、转子止口压力面设计紧度、转子止口压紧量下限值以及止口平均接触应力下限值分析获得转子止口压力面最大长度；
输出模块，用于将转子止口压力面最小长度、转子止口压力面最大长度确定为压气机转子止口压力面长度范围，并输出压气机转子止口压力面长度范围值。
进一步地，所述第一分析模块根据分析获得转子止口压力面最小长度，其中/>为转子止口压力面最小长度，/>为二维转子强度分析方法获得的转子止口的最大挤压力，/>为转子止口压力面的应力不均匀系数，/>为转子止口直径，/>为止口压力面材料中的屈服极限最小值。
进一步地，所述第二分析模块中，根据压气机转子止口压力面平均接触应力下限值，采用二维转子强度分析方法获得转子止口压紧量下限值后，若二维转子强度分析方法获得转子止口压紧量下限值小于0.1mm，则转子止口压紧量下限值取值为0.1mm，若二维转子强度分析方法获得转子止口压紧量下限值大于等于0.1mm，则取对应的分析值。
进一步地，所述第三分析模块根据分析获得转子止口压力面最大长度，其中/>为转子止口压力面最大长度，/>为鼓筒止口径向刚度，/>为轮盘止口径向刚度，/>为转子止口直径，/>为转子止口压紧量下限值，/>为止口平均接触应力下限值。
与现有技术相比，本发明所具备的有益效果是：
1、本发明考虑发动机工作时的稳态工况和瞬态历程，采用二维转子强度分析方法获得转子止口的最大挤压力，在最大挤压力下采用最大接触应力限制值计算转子止口最小长度，能够避免转子止口配合面发生微观塑性变形，进而规避容易产生附加不平衡量引起转子振动增加的问题；
2、本发明通过鼓筒止口径向刚度、轮盘止口径向刚度、转子止口压力面设计紧度、转子止口压紧量下限值以及止口平均接触应力下限值分析获得转子止口压力面最大长度，能够保证止口配合面在任何状态下均保持压紧状态，确保止口处连接结构的稳定性，不影响转子系统的振动特性。
附图说明
图1为实施例中压气机转子止口压力面长度设计方法流程图；
图2为实施例中压气机转子止口结构示意图；
图3为实施例中压气机转子止口压力面长度设计装置结构示意图；
其中，1、鼓筒止口；2、轮盘止口；3、数据采集模块；4、第一分析模块；5、第二分析模块；6、第三分析模块；7、输出模块。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明内容所实现的技术均属于本发明的范围。
实施例
参见图1-图3，一种压气机转子止口压力面长度设计方法，所述转子止口压力面为鼓筒止口1和轮盘止口2的接触面（如图2所示，图2中底部虚线为压气机转子中轴线）；设计方法包括：
根据发动机工作时的稳态工况和瞬态历程，采用二维转子强度分析方法获得转子止口的最大挤压力；
根据最大挤压力、转子止口压力面的应力不均匀系数、转子止口直径分析获得转子止口压力面最小长度；
根据压气机转子止口压力面平均接触应力下限值，采用二维转子强度分析方法获得转子止口压紧量下限值；
根据鼓筒止口1径向刚度、轮盘止口2径向刚度、转子止口压力面设计紧度、转子止口压紧量下限值以及止口平均接触应力下限值分析获得转子止口压力面最大长度；
将转子止口压力面最小长度、转子止口压力面最大长度确定为压气机转子止口压力面长度范围。
在本实施例中，考虑发动机工作时的稳态工况和瞬态历程，采用二维转子强度分析方法获得转子止口的最大挤压力，在最大挤压力下采用最大接触应力限制值计算转子止口最小长度，能够避免转子止口配合面发生微观塑性变形，进而规避容易产生附加不平衡量引起转子振动增加的问题；通过鼓筒止口1径向刚度、轮盘止口2径向刚度、转子止口压力面设计紧度、转子止口压紧量下限值以及止口平均接触应力下限值分析获得转子止口压力面最大长度，能够保证止口配合面在任何状态下均保持压紧状态，确保止口处连接结构的稳定性，不影响转子系统的振动特性。
基于相同的发明构思，本实施例还提供了一种压气机转子止口压力面长度设计装置，包括：
数据采集模块3，用于根据发动机工作时的稳态工况和瞬态历程，采用二维转子强度分析方法获得转子止口的最大挤压力；
第一分析模块4，用于根据最大挤压力、转子止口压力面的应力不均匀系数、转子止口直径分析获得转子止口压力面最小长度；
第二分析模块5，用于根据压气机转子止口压力面平均接触应力下限值，采用二维转子强度分析方法获得转子止口压紧量下限值；
第三分析模块6，用于根据鼓筒止口1径向刚度、轮盘止口2径向刚度、转子止口压力面设计紧度、转子止口压紧量下限值以及止口平均接触应力下限值分析获得转子止口压力面最大长度；
输出模块7，用于将转子止口压力面最小长度、转子止口压力面最大长度确定为压气机转子止口压力面长度范围，并输出压气机转子止口压力面长度范围值。
本实施例中所述第一分析模块4根据分析获得转子止口压力面最小长度，其中/>为转子止口压力面最小长度，/>为二维转子强度分析方法获得的转子止口的最大挤压力，/>为转子止口压力面的应力不均匀系数，/>为转子止口直径，/>为止口压力面材料中的屈服极限最小值；如本实施例中/>取轮盘止口2材料、鼓筒止口1材料的屈服极限较低值。
本实施例中，所述第二分析模块5中，根据压气机转子止口压力面平均接触应力下限值，采用二维转子强度分析方法获得转子止口压紧量下限值后，若二维转子强度分析方法获得转子止口压紧量下限值小于0.1mm，则转子止口压紧量下限值取值为0.1mm，若二维转子强度分析方法获得转子止口压紧量下限值大于等于0.1mm，则取对应的分析值。
本实施例中，所述第三分析模块6根据分析获得转子止口压力面最大长度，其中/>为转子止口压力面最大长度，/>为鼓筒止口1径向刚度，/>为轮盘止口2径向刚度，/>为转子止口直径，/>为转子止口压紧量下限值，/>为止口平均接触应力下限值。
以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种压气机转子止口压力面长度设计方法，所述转子止口压力面为鼓筒止口和轮盘止口的接触面；其特征在于，包括：
根据发动机工作时的稳态工况和瞬态历程，采用二维转子强度分析方法获得转子止口的最大挤压力；
根据最大挤压力、转子止口压力面的应力不均匀系数、转子止口直径分析获得转子止口压力面最小长度；
根据压气机转子止口压力面平均接触应力下限值，采用二维转子强度分析方法获得转子止口压紧量下限值；
根据鼓筒止口径向刚度、轮盘止口径向刚度、转子止口压力面设计紧度、转子止口压紧量下限值以及止口平均接触应力下限值分析获得转子止口压力面最大长度；
将转子止口压力面最小长度、转子止口压力面最大长度确定为压气机转子止口压力面长度范围。
2.根据权利要求1所述的压气机转子止口压力面长度设计方法，其特征在于：转子止口压力面最小长度根据分析获得，其中/>为转子止口压力面最小长度，/>为二维转子强度分析方法获得的转子止口的最大挤压力，/>为转子止口压力面的应力不均匀系数，/>为转子止口直径，/>为止口压力面材料中的屈服极限最小值。
3.根据权利要求1所述的压气机转子止口压力面长度设计方法，其特征在于：根据压气机转子止口压力面平均接触应力下限值，采用二维转子强度分析方法获得转子止口压紧量下限值的方法包括：若二维转子强度分析方法获得转子止口压紧量下限值小于0.1mm，则转子止口压紧量下限值取值为0.1mm，若二维转子强度分析方法获得转子止口压紧量下限值大于等于0.1mm，则取对应的分析值。
4.根据权利要求1所述的压气机转子止口压力面长度设计方法，其特征在于：转子止口压力面最大长度根据分析获得，其中/>为转子止口压力面最大长度，/>为鼓筒止口径向刚度，/>为轮盘止口径向刚度，/>为转子止口直径，/>为转子止口压紧量下限值，/>为止口平均接触应力下限值。
5.一种压气机转子止口压力面长度设计装置，用于实施权利要求1所述的压气机转子止口压力面长度设计方法，其特征在于，包括：
数据采集模块，用于根据发动机工作时的稳态工况和瞬态历程，采用二维转子强度分析方法获得转子止口的最大挤压力；
第一分析模块，用于根据最大挤压力、转子止口压力面的应力不均匀系数、转子止口直径分析获得转子止口压力面最小长度；
第二分析模块，用于根据压气机转子止口压力面平均接触应力下限值，采用二维转子强度分析方法获得转子止口压紧量下限值；
第三分析模块，用于根据鼓筒止口径向刚度、轮盘止口径向刚度、转子止口压力面设计紧度、转子止口压紧量下限值以及止口平均接触应力下限值分析获得转子止口压力面最大长度；
输出模块，用于将转子止口压力面最小长度、转子止口压力面最大长度确定为压气机转子止口压力面长度范围，并输出压气机转子止口压力面长度范围值。
6.根据权利要求5所述的压气机转子止口压力面长度设计装置，其特征在于：所述第一分析模块根据分析获得转子止口压力面最小长度，其中/>为转子止口压力面最小长度，/>为二维转子强度分析方法获得的转子止口的最大挤压力，/>为转子止口压力面的应力不均匀系数，/>为转子止口直径，/>为止口压力面材料中的屈服极限最小值。
7.根据权利要求5所述的压气机转子止口压力面长度设计装置，其特征在于：所述第二分析模块中，根据压气机转子止口压力面平均接触应力下限值，采用二维转子强度分析方法获得转子止口压紧量下限值后，若二维转子强度分析方法获得转子止口压紧量下限值小于0.1mm，则转子止口压紧量下限值取值为0.1mm，若二维转子强度分析方法获得转子止口压紧量下限值大于等于0.1mm，则取对应的分析值。
8.根据权利要求5所述的压气机转子止口压力面长度设计装置，其特征在于：所述第三分析模块根据分析获得转子止口压力面最大长度，其中/>为转子止口压力面最大长度，/>为鼓筒止口径向刚度，/>为轮盘止口径向刚度，/>为转子止口直径，/>为转子止口压紧量下限值，/>为止口平均接触应力下限值。
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